Конструктивные меры защиты интегральных схем от воздействия дестабилизирующих факторов.

Тема 7: Общие вопросы конструирования п/п и гибридных ИМС.

В процессе хранения и эксплуатации интегральных схем они подвергаются внешним воздействиям: температуре, влажности, солнечной радиации, пыли, химическим и агрессивным биологическим средам, механическим воздействиям и т.д.

Для защиты микросхем наиболее часто используются 2 способа: бескорпусная защита и защита с помощью корпуса. В настоящее время разработка серийных полупроводниковых интегральных схем, как правило, производится в двух вариантах: бескорпусном и корпусном.

Бескорпусные полупроводниковые и гибридные интегральные схемы разрабатываются для использования в составе ячеек и блоков микроэлектронной аппаратуры, которые подвергаются общей герметизации.

Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бескорпусной защиты определяется назначением микросхемы. Например, если бескорпусная микросхема изготавливается как элемент другой сборочной единицы с общей защитой, и все это выполняется в рамках одного предприятия, то достаточно произвести лишь промежуточную технологическую защиту микросхемы с целью обеспечения стабильности параметров на этапе изготовления. Если же бескорпусная интегральная схема выпускается в виде самостоятельного изделия, то ее защита осуществляется с учетом всего комплекса дестабилизирующих факторов, предусмотренных в ТУ.

Начальным этапом герметизации как бескорпусных, так и корпусных интегральных схем является пассивация поверхности кристалла полупроводниковых интегральных схем и предварительная защита поверхности ГИС. Для этого в полупроводниковых технологиях используют пленки окиси кремния, боросиликатного или фосфоросиликатного стекла толщиной около 1 мкм.

В МДП интегральных схемах, где роль поверхности особенно велика, кроме этих материалов применяют химически чистые и электрически нейтральные полимеры, например, фторопласт-4 в виде пленки 0,2-0,4 мкм.

В гибридных интегральных схемах предварительная защита производится с помощью пленок окиси кремния, моноокиси кремния или германия и негативного фоторезиста ФН103.

Поверх этих тонких слоев инертных материалов при бескорпусной герметизации наносят органические или неорганические герметики. Более высокой надежностью и влагостойкостью характеризуются покрытия из неорганических материалов. Однако защита на основе органических полимерных материалов значительно дешевле.

Для герметизации полупроводниковых интегральных микросхем используются кремнеорганическая эмаль КО-97, эпоксидная эмаль ЭП-91, фторосодержащий лак ФП525, эпоксидный компаунд ЭКМ. Эмали и лаки наносятся только на рабочую сторону кристалла, а компаунд со всех сторон.

Для герметизации тонкопленочных ГИС используют лаки ФП-525, УР-231, эмаль ФП-545, заливки КТ102, компаунды типа «Виксинт».

Как правило, бескорпусным интегральным схемам придают прямоугольную или квадратную форму, что более удобно для оптимального их размещения на подложке.

Корпусом называется часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты интегральных схем от внешних воздействий и соединения с внешними электрическими цепями с помощью выводов. Помимо указанных функций корпус предназначен для отвода тепла от кристалла или платы, а также поддержания необходимого газового состава или вакуума в полости корпуса для обеспечения временной стабильности параметров интегральных схем.

Часть корпуса без выводов называется телом корпуса. Тело корпуса может быть цельным или состоять из нескольких конструктивных частей, например, основания и крышки. Соответственно и корпус может быть самостоятельным изделием или неотъемлемой частью микросхемы.

В зависимости от применяемых в корпусах материалов различают металлостеклянные, металлокерамические, керамические, полимерные и другие корпуса.

Металлостеклянный корпус состоит из металлического основания и металлической крышки. В основание с помощью стеклянных бусинок-изоляторов запрессованы выводы. После монтажа кристалла, корпус закрывается крышкой и приваривается или припаивается к основанию.

Основание металлокерамического корпуса состоит из керамики, в которую запрессованы выводы. В основание металлокерамического корпуса может быть запрессована металлическая пластина для закрепления микросхемы пайкой и лучшего теплоотвода.

Керамический корпус полностью, кроме выводов, изготовлен из керамики. Герметизация осуществляется пайкой предварительно металлизированных частей или с помощью стеклокристаллических цементов.

Полимерные корпуса состоят из пластмассы и являются более дешевыми, но и менее надежными.

По конструктивному исполнению корпуса подразделяются на 5 типов и 12 подтипов. Типы корпусов различаются по форме и расположению выводов. Подтипы различаются расположением выводов относительно плоскости основания (перпендикулярно или параллельно) и относительно друг друга (в один, два, три ряда, по окружности и т.д.).

В пределах каждого подтипа стандартами установлены типоразмеры, различающиеся габаритными и присоединенными размерами. Типоразмеры имеют номера от 01 до 99.

Стандартами регламентированы лишь основные конструктивные признаки и размеры, а детальные особенности конструкции определяются разработчиками. Условно обозначаются корпуса следующим образом:

Корпус 2101.8-5 ГОСТ 17467-79

2-тип;

21-подтип;
01-типоразмер;

8-число выводов;

5-порядковый регистрационный номер.

Конструктивной особенностью корпуса является наличие ключа для обозначения первого вывода. Ключ должен выполняться таким образом, чтобы после монтажа микросхемы на плату можно было определить позицию первого вывода. Ключом может быть знак на крышке корпуса (например, точка), выступ на основании корпуса, несимметричное расположение выводов и т.д.

Для ГИС применяют преимущественно корпуса типов 1 и 4, для полупроводниковых интегральных схем: 2-5.

Кроме этого, на практике, для ГИС разрешается использовать корпуса, стандартизованные до 1979 года и не вписывающиеся ни в один из 5 типов. Среди них имеются, например, металлостеклянные корпуса, основания которых выполняет одновременно функцию платы ГИС.

При разработке микросборок могут применяться нестандартные корпуса, разработанные исключительно для данного изделия.