WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

Особые требо вани я в случае бескорпусной защиты предъ являются к химической чистоте и тер мостой кости гер метизирующих покрытий, к их физико-механическим свойствам, влагопоглощению. Кроме того, герметизирую- щие материалы должны обеспечивать не только высокую жесткость создавае- мой конструкции, но и устойчивость ее к различным видам воздействий.

Если в процессе эксплуатации или хранения микросхем требуется защита, обеспечивающая их работоспособность в течение длительного промежутка времени, то в этом случае рекомендуется применять корпусную защиту. Причем кор- пуса должны отвечать следующим основным требованиям: обладать достаточной механической прочностью и коррозионной стойкостью; иметь минимальные размеры; обеспечивать чистоту окружающей микросхему среды; позволять легко и надежно выполнять электрическое соединение между элементами микро- схемы и печатной платы, на которую устанавливается микросхема; обеспечивать минимальные паразитные емкости и индуктивности конструкции; обеспечи- вать надежную изоляцию между токопроводящими элементами; быть герметич- ными и предотвращать проникновение влаги к защищаемой микросхеме; обеспе- чивать минимальное тепловое сопротивление между микросхемой, размещенной внутри корпуса, и окружающей средой; защищать микросхему от воздействий электромагнитного поля и радиоактивного излучения; обеспечивать возмож- ность автоматизации процесса сборки; иметь минимальную стоимость и др.

В зависимости от используемых материалов корпуса делятся на металлостек- лянные, стеклянные, металлокерамические, керамические, металлополимерные и полимерные (пластмассовые).

Металлостеклянные корпуса состоят из металлической крышки и металличе- ского основания, в которое, используя изоляторы, впаяны выводы. В качестве изоляторов применяют стеклянные бусы (при изоляции каждого вывода в от- дельности) или стеклотаблетки (при изоляции группы выводов). Для обеспече- ния качественного металлостеклянного спая подбирают сочетаемые материалы таким образом, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) стекла и металла были одинаковыми или близкими.

В стеклянных корпусах основание формируют из стекла. В процессе изготовле- ния основания в него впаивают выводы. Крышки таких корпусов могут быть как стеклянными, так и металлическими.

В металлокерамических корпусах дно и крышку формируют из металла, а ос- нование - из керамики, которое в данном случае выполняет функцию подложки.

В керамических корпусах в качестве подложки используется не только ос- нование, но и крышка. Разделяются они между собой керамической рамкой. Гер- метизация корпуса осуществляется либо стеклоэмалью, либо стеклоприпоем, ли- бо клеем.

Металлополимерные корпуса состоят обычно из металлической капсулы (дна), в которую устанавливается плата. Изоляция выводов и герметизация кор- пуса осуществляются заливкой компаундом.

В полимерных (пластмассовых) корпусах выводы впрессованы в основание из полимера, а крышка изготовляется, как правило из такого же материала, что и основание, и приклеивается к нему. К пластмассо вым корпусам относятся также корпуса, которые не имеют ни крышки, ни основания. Герметизация мик- росхемы и изготовление корпуса в данном случае происходит одновременно.

Кроме перечисленных разновидностей корпусов, на практике встречаются также керамико-полимерные, керамико-стеклянные и др.

Сборка и монтаж - это часть общего технологического процесса изготовле- ния БИС, в результате проведения которого получают готовую конструкцию ИМС (БИС), т.е. готовые изделия.

Процессы и операции сборки и монтажа являются наиболее трудоемкими в технологии производства ИМС. Если при изготовлении кристаллов широко применяются высокопроизводительные групповые методы, то при сборке и мон- таже оперируют с каждой отдельной ИМС.

Технологическим процессом сборки ИМС (БИС) называют совокупность операций по ориентированному разделению пластин и подложек со сформиро- ванными элементами на кристаллы или платы, закрепление их на основаниях корпусов, посадочных площадках выводных рамок и т.д.

Технологическим процессом монтажа ИМС, в том числе БИС, называют сово- купность операций, направленных на получение электрических соединений кри- сталла со следующим коммутирующим уровнем, т.е. с выводами рамок, гибких носителей, оснований корпусов, либо с контактными площадками подложек плат. Герметизация ИМС входит в число монтажных операций только в том случае, если она является бескорпусной, и сводится к формированию защит- ных покрытий путем заливки смонтированного кристалла (как правило, его ра- бочей поверхности) специальным герметизирующим покрытием.

4.2. Конструктивные исполнения бескорпусных БИС Использование бескорпусных БИС в микроэлектронной аппаратуре (МЭА) позволяет обеспечить значительное уменьшение ее массогабаритных характери- стик, снижение значений переходных сопротивлений, паразитных индуктивно- стей и емкостей, повышение надежности. Бескорпусные БИС обладают универ- сальностью применения при пониженной материалоемкости.

Бескорпусные БИС изготавливают с гибкими проволочными выводами, на полиимидном носителе и с объемными выводами. На коммутационной плате БИС на полиимидном носителе занимают площадь, в 4 - 10 и более раз меньшую по сравнению с микросхемами в корпусах. Для монтажа на плату выводы БИС в этом случае имеют вид квадратных контактных площадок, расположенных в пе- риферийных областях кристалла.

Применение бескорпусных БИС на полиимидных носителях позволяет повы- сить надежность МЭА за счет: уменьшения количества сварных и паянных со- единений в расчете на одну контактную площадку БИС (для корпусных - три - четыре соединения, для бескорпусных - два - три), улучшения условий отвода те- плоты при установке кристалла непосредственно на теплоотводящий пьедестал, снижения механических напряжений в кристалле БИС и небольшой массы.

Бескорпусные БИС с объемными выводами представляют собой кристаллы БИС, на контактных площадках которых образованы шариковые (или столби- ковые) выводы. Объемные выводы (ОВ) изготавливают из золота, облуженной или позолоченной меди и сплава олово - серебро. Таки е БИС зани мают на коммутационной плате площадь, в 16-40 раз меньшую, чем корпусные БИС, и в 4 - 1 0 раз меньшую, чем бескорпусные БИС на полиимидном носителе. Сопро- тивление их выводов в 20 - 100 раз, паразитная индуктивность в 60 - 200 раз и межвыводная емкость в 9 - 50 раз ниже, чем у корпусных БИС [2].

Объемные выводы на контактных площадках кристалла БИС могут быть сформированы двумя различными способами. В первом способе, называемом "мокрым", используют процессы вакуумного осаждения барьерного слоя (хром - медь, хром - никель, ванадий -медь), на котором гальванически выращивают припойные шарики. Барьерный слой создают из металлов, имеющих хорошую адгезию к алюминию кристалла БИС и не образующих с ним выпрямляющих контактов, т.е. не влияющих на электрические параметры БИС. К недостаткам "мокрого" способа относят трудность нанесения однородного покрытия необхо- димой толщины, сложность контроля за составом припоя и выдерживанием раз- меров ОВ из-за гальванического разрастания, а также ухудшение параметров БИС, особенно на МДП-структурах.

Чтобы избежать недостатков "мокрого" способа формирования ОВ, применя- ют "сухой" способ. Сущность его заключается в ультразвуковом присоединении шариков из золотой проволоки и последующей обрезке проволоки непосредст- венно над шариком. "Сухой" способ прост и практически не влияет на парамет- ры БИС.

Объемные выводы формируют на кристаллах, находящихся в составе пласти- ны, до ее разделения. При этом "сухой" способ обеспечивает избирательность в формировании ОВ: они создаются ни контактных площадках только годных, предварительно проверенных по электрическим параметрам кристаллов БИС.

Полиимидные носители с алюминиевыми балочными выводами присоединяют к алюминиевым контактным площадкам кристаллов БИС ультразвуковой микро- сваркой. В этом случае при взаимодействии материалов вьвода и контактной пло- щадки образуетсянадежное однокомпонентное микросварное соединение.

Присоединять медные, покрытые олово-висмутом, балочные выводы полиимид- ного носителя к контактным площадкам кристаллов сложнее, так как медь и алю- миний технически несовместимы при микросварке и пайке. Поэтому перед их со- единением на контактных площадках кристалла или ленточных выводах носителя формируют объемные выводы, на кристалле - золотые или припойные, на носителе - золотые.

Присоединение носителя может быть осуществлено пайкой или термокомпресси- онной сваркой. Объемные золотые выводы на носителе формируют импульсной пайкой с образованием золото-оловянного эвтектического сплава, термокомпрес- сионной сваркой с золотым покрытием медной балки, а также лазерной импульс- ной пайкой или сваркой.

В оловянное покрытие медных балочных вьводов вводят висмут (до 10 %) или свинец (до 40 %) с целью предотвращения образования хрупкой фазы интерметал- лида AuSn4. При добавлении висмута толщина интерметаллида после пайки при температуре 250 °С и времени выдержки 30 с составляет 0,5 - 2 мкм. Легирование припоя свинцом при пайке в таких же условиях приводит к образованию слоя ин- терметаллида толщиной 4-5 мкм, который способствует образованию прочных паянных соединений. Дальнейшее увеличение его толщины вызывает уменьше- ние прочности.

Перед присоединением полиимидного носителя или перед установкой на комму- тационную плату пластина с кристаллами БИС закрепляется на эластичной адгези- онной пленке и разделяется на отдельные кристаллы на всю толщину, что исклю- чает необходимость в дальнейшем разламывания пластины, и объемные выводы не повреждаются.

4.3. Расчет теплового режима ИМС При работе ИМС происходит её нагрев до определенной температуры.

Поэтому при выборе корпуса ИМС необходимо учитывать рассеиваемую мощность, на которую он рассчитан. Если корпус рассчитан на малую рас- сеиваемую мощность, то будет происходить перегрев ИМС и ее температура может превысить допустимую, т.е. Tmах > Т°доп, где T°i max - максимальная i температура; Т°доп - максимально допустимая температура кремниевого р-п перехода (150-175 °С).

Если T°i max > Т °доп, то необходимо выбрать другой корпус или предусмот- реть радиатор, который может быть выполнен на. печатной плате. Источника- ми тепла в ИМС являются транзисторы, диоды, резисторы, выделяемая мощность Pi в которых определяется при расчете схемы по постоянному току.

Тепловые потоки развиваются от источников тепла и могут иметь разные пути (рис.4.1). Анализируя эти потоки, можно выделить основные, которые бу- дут определять тепловую модель конструкции (рис. 4.2). Так., например, пото- ком Рв2 во внутренний газовый объем можно пренебречь из-за малого гради- ента температур в объеме корпуса и плохой теплопроводности малого замкну- того воздушного объема. Основными можно считать потоки:

-от источников в ножку корпуса (Рк и Рn);

-от центра на периферию ножки корпуса (Рn), - с поверхности крышки в окружающее пространство (РА).

Исходя из главных потоков, учитывая высокую теплопроводность кремния и малый градиент температур внутри кристалла, ИМС тепловая модель конст- ру кции будет иметь вид, представленный на рис. 4.1. Источники тепла и их температура соответственно обозначены через Pi и T°i].Температура основа- ния кристалла, центра ножки корпуса, крышки корпуса и окружающей воз- ду шной среды обозначены соответственно через Т°0, Т°i,T°k и Т°А. Тепловые сопротивления (отношение разности температур к скорости теплового потока, по аналогии с электросопротивлением) от источника через ограниченный объ- ем кристалла в основание (рис. 4.2) от основания кристалла через соедини- тельный слой в ножку корпуса и от крышки в окружающее пространство обо- значены, соответственно, через RTi, RTП, RTН, RTК.

Рис. 4.1. Основные тепловые потоки ИМС, учитываемые при расчете тепловой модели Рис. 4.2. Упрощенная тепловая модель Расчет тепловых сопротивлений выполняется по формулам где (h,, S)к - соответственно, толщина, коэффициент теплопроводности мате- риала и площадь кристалла; (h,, S)n -те же параметры, но для соединительно- го слоя (припоя);, С, D, d - соответственно коэффициент теплопроводности материала ножки корпуса (ковар), его толщина, диаметр крышки корпуса и приведенный диаметр ИМС; a, SK, h -соответственно коэффициент теплоотдачи на конвекцию и излучение с поверхности крышки корпуса, площадь этой поверхности и высота корпуса (ориентировочно а =10 Вт/м2°С).

Максимальная температура элементов ИМС определяется по формуле Ti max = TAM + (Rтк + Rтп + Rтн + RткА)=pi, AX где Pi - суммарная мощность, выделяемая ИМС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В уч еб но м по со б ии, в д о сту п но й д ля само сто ятельн о й р або ты фор ме, из ло- жен ы во п ро сы р асч ета и ко нстр у иро вания по лу пр о вод н и ко вых интегр альн ых ми кр о сх ем. Пр ед став лен ы сп р авоч н ые д анные по тех н о ло ги и из го то вления ИМС, таб лиц ы и гр афи ки, ч то по з во ляет со кр ати ть вр емя на р асч ет и р аз р аб о т- ку интегр альных ми кр о сх ем.

Данно е уч ебн о е по со би е мо жет б ыть испо льз о вано студ ен тами д ля само сто я- тельн о й р або ты и пр и выпо лнении ку р со во го пр о екта по дисциплине « Про ек- тир о вани е и тех но ло ги я ин тегр альн ых ми кро сх ем».

Приложение Банк данных о топологии интегральных биполярных транзисторов Рис. П. 1,а Рис. П. 1,Продолжение 1 приложения Рис. П.1,в Рис. П. 1, г Продолжение 2 приложения Рис. П.1,д Рис. П.1, е Продолжение 3 приложения Рис. П.1,ж Рис. П. 1,з Продолжение 4 приложения Рис. П.1, к Продолжение 5 приложения Рис. П.1, м Приложение 2.

Основные сведения об элементах структур полупроводниковых интегральных схем Рис. П.2.1.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.