Оборудование для герметизации интегральных микросхем

Герметизация является заключительным этапом изготовления ИС и может выполняться сваркой, пайкой мягкими и твердыми припоями, стеклом, клеем, пластмассой. Для герметизации ИС используются металлостеклянные, металлокерамические и пласт­массовые корпуса.

На рисунке ниже показаны конструктивные схемы герметизации корпусов ИС холодной сваркой (а), контактной точечной (б) и роликовой (в), аргонно-дуговой (г), микроплазменной (д) сваркой и пайкой (е). Для герметизации корпусов ИС холод­ной сваркой чаще всего применяют точечную сварку по замкну­тому контуру (периметру) силами Р, направленными перпен­дикулярно свариваемым поверхностям (рис. а). Внутри ста­кана 5 перемещаются верхний 4 и нижний 3 пуансоны, герме­тично соединяющие баллон 2 и крышку 1 корпуса ИС. Сварное соединение получается вследствие пластической деформации хо­рошо очищенных от оксидного слоя и жировых пленок свари­ваемых металлов (как однородных, так и разнородных). Контактная (электроконтактная) сварка применяется для герметизации ИС в металлостеклянных и металлокерамических корпусах круглой и прямоугольной формы со штырьковыми вы­водами. Основными ее видами являются сварка по контуру (рис. б) и шовная роликовая (рис. в) сварка. Гер­метичное неразъемное соединение получается за счет нагрева свариваемых материалов до пластического или расплавленного состояния с последующим сжатием. Нагрев осуществляется про­пусканием электрического тока через свариваемые элементы.

Способы герметизации металлостеклянных и металлокерамических корпусов ис

Процесс герметизации контактной точечной сваркой на конденсаторной сварочной машине показан на рис. б.Он включает операции сжатия свариваемых деталей корпуса 1 электродами 2 включения и выключения сварочного тока, снятия уси­лия сжатия. Основными элементами установки являются выпрямитель 5 батарея конденсаторов 4 с переключателем для ее последовательного соединения с источником питания и транс­форматором 3, который предназначен для получения в свароч­ной цепи больших токов при низком напряжении.

Шовная роликовая сварка (рис. в) применяется для гер­метизации прямоугольных корпусов ИС и по своей природе близка к точечной сварке. Цикл герметизации состоит из сле­дующих операций. Корпус ИС 3 укладывается в гнездо поворотного столика 4 каретки 1. При прохождении столика под вращающимися роликами 2 происходит сварка двух сторон корпуса ИС 3. В крайнем положении столик поворачивается на 90°, а ролики раздвигаются или сдвигаются. Каретка движется в противоположном направлении, и при прохождении столика с микросхемой под роликами происходит сварка двух других сторон герметизируемого корпуса.

В производстве ИС применяются полуавтоматические ма­шины контактной шовной сварки ПГРС-1М, ПГРС-2, 10СС900-007, позволяющие герметизировать плоские корпуса с выводами, рас­положенными как параллельно, так и перпендикулярно плоско­сти основания.

В производстве ИС применяется также герметизация корпусов сваркой плавлением кромок соединяемых деталей. Наиболее распространены аргонно-дуговая, микроплазменная, электронно-лучевая и лазерная сварки.

При аргонно-дуговой сварке (рис. г) нагрев сваривае­мых кромок осуществляется теплотой электрической дуги. В зону дуги подается защитная струя аргона, которая предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха. Герметизация происходит в результате расплавления кромок свариваемых элементов корпуса с последующей кристаллизацией металлов шва. Детали корпусов ИС 2 собираются в кас­сеты 4 на теплоотводные основание 3 и крышку 1 и устанав­ливаются на столе (план-шайбе) сварочной установки. Конец электрода 5 помещают на расстоянии длины дуги от свари­ваемых кромок. В качестве неплавящегося электрода используются прутки вольфрама, содержащие 1,5 ... 2 % тория.

Передвигая сопло горелки 6 с электродом 5 вдоль кассеты с собранными ИС 2, осуществляют сварку. Для герметизации ИС разработан ряд установок аргонно-дуговой сварки: ИО.20.027, ИО.200.041, УЭС-3.

Разновидностью аргонно-дуговой сварки является микроплаз­менная, применяемая для герметизации корпусов ИС с малой толщиной. Для сварки этим способом используется дуговой раз­ряд с интенсивным плазмообразованием (рис. д). Плазмен­ная сварка не имеет недостатков, присущих аргонно-дуговой: сравнительно большого активного пятна и нестабильности при малых токах.

Для получения плазменной струи используются плазменные головки (плазмотроны), в которых имеется неплавящийся воль­фрамовый электрод 1 (рис. д), каналы в корпусе горелки 3 для подачи плазмообразующего 2 и защитного 4 газов. Анодом служит герметизируемое изделие 6, на которое через теплоот­водные. элементы 5 подводится электрический потенциал. В ка­честве плазмообразующих газов используется смесь Ar-Не или Ar-Н₂, а в качестве защитного — аргон Аг.

При литьевом прессовании — наиболее распространенном методе пластмассовой герметизации — используют как термопла­стичные, так и термореактивные пластмассы. Сущность этого метода состоит в том, что дозированную пластмассовую таб­летку (или порошок) расплавляют до заливки вне литьевой формы, а заливка происходит при дополнительном повышении жидкотекучести пластмассы и незначительном увеличении дав­ления.

Непосредственно перед герметизацией перфоленту определен­ной формы и длины со смонтированными ИС укладывают, фикси­руя по перфорации, в пресс-формы, которые закрывают, и про­изводят прессование. В процесс прессования — заливки пресс- формы — входят следующие операции (рис. ниже): загрузка пер­фоленты и смыкание литьевой формы (а), загрузка пластмас­совой таблетки (б), ввод пуансона (трансфера) в литьевую форму (в), расплавление пластмассы под высоким давлением (г), заливка формы пластмассой под низким давлением и выдерж­ка (д), размыкание литьевой формы и съем изделия (е).