Основание; 2 – крышка; 3 – выводы; 4 – подложка; 5 – навесной компонент с герметизирующим покрытием; 6 – кристаллодержатель с ИС и эластичным подслоем; 7 – пластмассовая оболочка

Министерство высшего образования РФ

Уральский Государственный Технический Университет - УПИ

Кафедра "Технологии и Средства Связи"

Реферат

По дисциплине

 " Технологические процессы микроэлектроники "

на тему:

Технологические процессы герметизации ИМС

                                                                            Преподаватель: Иевлев В.И.

                                                                     Студент: Черепанов К.А.

                                                 Группа: Р-407

Екатеринбург

2003

Содержание

Содержание......................................................................................................................................................................................... 2

Введение................................................................................................................................................................................................ 3

Характеристика способов герметизации.............................................................................................................. 5

Очистка полупроводниковых приборов перед герметизацией........................................................ 7

Состояние и свойства поверхности полупроводников................................................................................................. 7

Методы очистки поверхности полупроводника............................................................................................................... 8

Химическая и электролитическая отмывка полупроводников................................................................................. 9

Очистка в эмульсиях.................................................................................................................................................................. 10

Отмывка в кислотах и щелочах............................................................................................................................................ 10

Отмывка во фреонах................................................................................................................................................................. 10

Отмывка водой............................................................................................................................................................................. 11

Отмывка в ультразвуковых ваннах...................................................................................................................................... 12

Качество очистки........................................................................................................................................................................... 14

Определение чистоты поверхности...................................................................................................................................... 15

Сушка деталей................................................................................................................................................................................. 17

Корпусная герметизация..................................................................................................................................................... 19

Сварка.................................................................................................................................................................................................. 22

Пайка.................................................................................................................................................................................................... 28

Заливка................................................................................................................................................................................................ 29

Склеивание........................................................................................................................................................................................ 30

Опрессовка компаундами......................................................................................................................................................... 32

Капсулирование.............................................................................................................................................................................. 32

Бескорпусная герметизация............................................................................................................................................ 35

Бескорпусная герметизация органическими материалами...................................................................................... 37

Бескорпусная герметизация неорганическими материалами................................................................................. 48

Защита поверхности p-n-переходов вазелином и цеолитами................................................................................. 48

Защита p-n-переходов плёнками окислов металлов.................................................................................................... 49

Защита поверхности p-n-переходов плёнками нитрида кремния........................................................................... 50

Защита p-n-переходов легкоплавкими стеклами........................................................................................................... 52

Защита поверхности p-n-переходов силанированием................................................................................................. 55

Защита поверхности р-п-переходов окислением........................................................................................................... 56

Контроль герметичности.................................................................................................................................................... 59

Список использованной литературы...................................................................................................................... 60

 

Введение

Технология производства полупроводниковых приборов – это техническая наука, занимающаяся изучением физико-химических основ технологических процессов производства электронных приборов и закономерностей, действующих в процессе изготовления этих изделий.

Использование результатов исследований фундаментальных наук и доведение их до инженерного решения применительно к производству изделий электронной техники позволяют разрабатывать новые технологические процессы для серийного и массового изготовления.

Развитие прикладных наук в области получения чистых и сверхчистых материалов, нанесения покрытий, соединения различных материалов, электрофизических и электрохимических методов обработки способствовали совершенствованию полупроводниковой и плёночной технологии, особенно при производстве микросхем.

Повышение качеств изделий требует высокой технологической точности и дисциплины производства, своевременного анализа и корректировки технологического процесса, построения оптимального технологического процесса.

Повышению качеств и стабильности технологических процессов, обеспечивающих массовое производство изделий с воспроизводимыми параметрами, способствует внедрение автоматизированных систем управления с полным исключением человека-оператора и его субъективного влияния на ход технологического процесса.

Создание высокопроизводительных машин и автоматических линий требует знания основ технологии производства, современных методов изготовления деталей и узлов, нанесения покрытий, получение электронно-дырочных переходов, сборки приборов и микросхем и т.п.

Производство изделий электроники состоит из нескольких этапов, в результате проведения которых материалы превращаются в готовые изделия.

Производственный процесс в электронном приборостроении состоит из: технологической подготовки производства; получения и хранения материалов и полуфабрикатов; технологического процесса изготовления деталей, сборки изделий; испытания готовых изделий; упаковки и хранения готовых изделий.

Технологический процесс является той частью производственного процесса, во время которого непосредственно происходит последовательное качественное изменение состояние продукта производства.

Проектирование технологического процесса ставит своей целью получение высококачественных изделий электронной техники, отвечающих техническим условиям и чертежам при высокой производительности и экономичности.

Для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, кристаллов и подложек гибридных микросхем от воздействий внешней среды, стабилизации параметров, повышения срока службы и надёжности осуществляют герметизацию в металлических, металлостеклянных, керамических, металлокерамических и пластмассовых корпусах. В отдельных случаях, особенно при защите активных и пассивных элементов гибридных микросхем, производят бескорпусную герметизацию.

Наряду с защитой полупроводниковых приборов и микросхем помещением их в корпус применяют герметизацию полимерными оболочками. Разработка эффективных способов пассивации поверхности полупроводников плёнками неорганических диэлектриков (оксидов, нитридов, легкоплавких стёкол и др.), а так же различных полимерных компаундов и пресс порошков, обладающих высокими защитными свойствами, позволила широко использовать этот метод в производстве полупроводниковых приборов и микросхем.

Герметизация приборов и микросхем полимерными оболочками требует гораздо меньших (в 2-4 раза) затрат, чем помещение их в металлические, стеклянные и металлокерамические, металлостеклянные и другие корпуса, и обеспечивает высокую механическую прочность и большую стойкость к вибрациям и ударам. Кроме того, использование полимерных оболочек позволяет получать полупроводниковые приборы с малым отношением объёма прибора к объёму его активной части.

Для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем используют полимерные материалы на основе эпоксидных, кремнийорганических и полиэфирных смол, которые должны:

· быть механически прочными, выдержать определённые ударные нагрузки, вибрацию и ускорение, а так же обладать термостойкостью в диапазоне от –60 до +150 С;

· обладать высокими диэлектрическими свойствами (малыми диэлектрическими потерями, высокими удельным сопротивлением и электрической прочностью);

· быть химически стойкими к воздействию различных химических реактивов, применяемых при сборке приборов;

· не содержать примесей, ухудшающих параметры приборов;

· легко поддаваться формовке и иметь малую усадку при отверждении;

· быть дешевым;

· обеспечивать товарный вид изделия.

Стабильность параметров и надежность полупроводниковых приборов, герметизированных полумерами, определяются изменениями, которые происходят на поверхности полупроводника при проникновении влаги через полимерную оболочку, а также наличием примесей в полимерном материале и внутренним механическими напряжениями, возникающие в герметизирующем слое. Внутренние механические напряжения, возникающие в полимерной оболочке, обусловленные усадкой материала при отверждении и разностью значений коэффициентов температурного расширения полимера и полупроводникового материала, соответственно делит на усадочные и термические.

Усадка полимера при отверждении происходит вследствие испарения растворителя, если оболочку  получают из раствора, или уплотнения, если отверждение происходит полимеризацией. Так, как в процессе усадки объём оболочки уменьшается, в ней могут возникнуть только напряжения растяжения. При охлаждении системы полупроводник–полимер, отверждённой при высокой температуре, возникают термические напряжения, также являющиеся напряжениями натяжения. Внутреннее механическое напряжения могут вызвать растрескивание и отслаивание полимерной оболочки от полупроводникового кристалла, то есть нарушение герметичности, возникновение механических напряжений в полупроводниковом кристалле, существенно влияющих на электрические характеристики p-n-переходов, нарушение монтажных межсоединений внутри полимерной оболочки и повышение её газо - и влагопроницаемости.

Так как при длительной работе полупроводниковых приборов в полимерном материале могут протекать процессы старения, сопровождающиеся изменением его пластичности и прочности, необходимо использовать полимерные материалы, сохраняющие работоспособность в течение длительного времени. Чтобы обеспечить достаточную работоспособность полимерных оболочек и максимально уменьшить внутренние напряжения, необходимо процесс отверждения проводить при строго контролируемой температуре в наиболее благоприятном диапазоне.

 Характеристика способов герметизации

Герметизация является завершающим технологическим про­цессом изготовления полупроводниковых приборов и ИМС. Её проводят для полной изоляции элементов, ком­понентов, кристаллов и электрических соединений от окружаю­щей среды, содержащей влагу, а также активные вещества, способные вызвать коррозию, химические взаимодействия и, как следствие, привести к выходу изделий из строя.

Технологический процесс герметизации включает в себя 3 этапа:

1. Очистка

Герметизация

Корпусная

Бескорпусная

Комбинированная

Контроль герметизации

Прежде всего, технологические способы герметизации микросхем должны удовлетворять следующим общим требованиям:

· Обеспечивать прочность и сохранять герметичность во всем температурном диапазоне работы схемы

· Не вызывать нагрева активных элементов свыше 300°С

· Не вызывать выделения газов и паров металлы внутри корпуса

· Выполняться в среде очищенного и осушенного воздуха, азота или инертного газа с точкой росы не выше -25°С

·  Обеспечивать возможность механизации и автоматизации

Для изготовления надежных в работе изделий необходимо, прежде всего, знать условия внешней среды, а именно физические и биологические особенности места, в которых эти изделия будут находиться и эксплуатироваться, то есть совокупность всех природных, а иногда и искусственно созданных условий (факторов). Факторы, характеризующие физическое состояние среды (например, температура, содержание водяных паров в воздухе, солнечная радиация), называются основными, а факторы, вызванные атмосферными физическими явлениями или зависящие от них, например, микробиальная зараженность атмосферы, называются косвенными. На практике следует учитывать воздействие на аппаратуру и таких косвенных факторов, которые являются следствием образования «искусственного климата» (промышленное загрязнение атмосферы, местное повышение температуры от работающего рядом оборудования и т.д.).

Особенно опасно воздействие на элементы микроэлектронных устройств (МЭУ) влаги. Поскольку воздух практически всегда содержит то или иное количество водяного пара, т.е. представляет собой паровоздушную смесь, то обычно одним из обязательных требований к разрабатываемому способу герметизации является обеспечение необходимой влагозащиты.

Воздействие на изделия одного или тем более одновременно нескольких климатических факторов очень усложняет проблему обеспечения его высокой надежности. Поэтому повышение надежности МЭУ неразрывно связано с разработкой эффективных способов ее герметизации.

Под разработкой герметизации обычно понимают комплекс мер по обеспечению работоспособности изделий при их изготовлении, хранении и последующей длительной эксплуатации. Для этой цели могут быть использованы широкая номенклатура материалов и разнообразные способы герметизации, реализованы различные конструктивные и технологические решения. При этом все герметизирующие изделия МЭУ можно подразделить на две принципиально различные группы:

1. Полые конструкции, в которых рабочая поверхность изделия не контактирует непосредственно с герметизирующим материалом;

2. Конструкции без внутренних газовых полостей, в которых герметизирующий материал контактирует с рабочей поверхностью изделия (монолитные конструкции).

К первой группе относятся металлостеклянные, керамические, пластмассовые и другие корпуса, вторая группа состоит из бескорпусных изделий и монолитных пластмассовых корпусов.

При выборе и разработке способа герметизации обычно решаются две задачи, а именно: обеспечивается защита МЭУ от дестабилизирующего воздействия климатических факторов атмосферы и одновременно исключается также возможное дестабилизирующее влияние самого герметизирующего материала или материалов конструкционных элементов на изделие. В связи с этим необходимо различать понятия внешней и окружающей сред.

Под внешней средой понимается среда, в которой производится хранение и эксплуатация МЭУ, под окружающей же средой понимается ограниченная поверхностью герметизирующей конструкции и окружающая герметизируемое изделие среда (рис. 1).

Рис. 1. а - полый металлостеклянный корпус; б - монолитный пластмассовый:

основание; 2 – крышка; 3 – выводы; 4 – подложка; 5 – навесной компонент с герметизирующим покрытием; 6 – кристаллодержатель с ИС и эластичным подслоем; 7 – пластмассовая оболочка

 

Окружающая среда может быть газообразной (полые корпуса), жидкой (полые корпуса, заполненные, например, теплоотводящей жидкостью или вазелинами) или в виде твердого покрытия (монолитные герметизирующие конструкции). В ряде случаев под окружающей средой следует понимать сочетание различных материалов и сред. Например, в полых корпусах могут находиться бескорпусные навесные компоненты с герметизирующим покрытием на основе органических полимерных или неорганических материалов. В монолитных пластмассовых корпусах с подслоем окружающая среда представляет собой двухслойную систему. В подобных случаях необходимо предопределить возможное влияние на параметры изделия герметизирующего материала, находящегося на его поверхности. Однако также необходимо учитывать возможное влияние на это покрытие, а в конечном итоге и на изделие других сред (газообразной или твердой).