Принципы герметизации ИС в корпусах
Герметизация ИС - завершающий технологический этап процесса изготовления ИС. Технологические режимы этого процесса могут влиять на свойства элементов ИС, поэтому они должны тщательно анализироваться и контролироваться. Чтобы понять сущность требований к герметизации ИС и важность этого этапа в технологии производства ИС целесообразно рассмотреть процессы, которые протекают при недостаточно совершенной герметизации ИС и приводят к отказам конечного изделия.
Предположим, что в результате несовершенной защиты внутрь корпуса попала влага, которая всегда содержит какое-то количество растворенных солей. В результате получается система из компонентов ИС, соединенных между собой тонким слоем электролита. Ток, протекающий в электролите, шунтирует те или иные компоненты ИС. В случае электролиза металлы будут переходить в раствор и переноситься на другой электрод, что может привести со временем к короткому замыканию коммутационных соединений.
Широко применяемый для металлизации алюминий легко корродирует в присутствии влаги и реагирует с кислородом воздуха, вследствие чего на поверхности Al образуется тонкий слой оксида толщиной 0,01 мкм. Если же в воде находится небольшое количество ионов хлора, аммония, меди, железа и некоторых других элементов, то пассивирующая пленка разрушается, и такой раствор начинает активно взаимодействовать с Al. Это взаимодействие приводит, как правило, к коррозии всего металлического участка ИС. Особенно быстро коррозионные процессы протекают на деформированных участках, шероховатостях и т.д., поэтому скорость коррозии на участках схемы будет различна. Алюминий не единственный металл, в результате коррозии которого образуются продукты с электроизоляционными свойствами, вызывающими разрыв проводящих цепей схемы. В принципе для любого металла, реагирующего с водными растворами с образованием гидроксидов и окислов, возможны такие же последствия.
Если в результате электрохимических процессов гидроксиды не образуются, а происходит перенос металла от анода к катоду (т.е. электролиз), на котором металл и осаждается, то между соседними ²дорожками² схемы появляется металлический ²мостик², вызывающий короткое замыкание этой части ИС.
Даже использование благородных металлов не дает ощутимой защиты от коррозии. Например, ионы хлора приводят к растворению и переносу золота, т.к. образуется растворимый хлорид золота. Аналогична ситуация и с другими благородными металлами.
Рис. 10.2. Возможные варианты разрушения топологии ИС
При выборе оптимального метода защиты ИС, т.е. при правильном выборе корпуса и соответствующем выборе технологического процесса герметизации необходимо учитывать следующие факторы:
· соответствие предъявляемых требований существующим стандартам;
· условия окружающей среды при эксплуатации (температура, влажность, термоцикличность и т.п.);
· условия теплоотвода (особенно для ИС с высокой плотностью монтажа);
· технико-экономические показатели процесса защиты ИС;
· особые требования к защите ИС, которые налагает назначение ИС.
Учитывая многообразие требований, предъявляемых к герметизации ИС, в реальных условиях приходится идти на компромиссы, поскольку иногда просто невозможно выполнение всех требований одновременно.
В промышленной практике производства ИС применяется несколько методов защиты ИС в зависимости от условий их эксплуатации, для чего используются корпуса разных типов – металлические, стеклянные, пластмассовые и керамические. Первые два типа корпусов позволяют создать более надежную герметизацию всего кристалла ИС. В общем случае корпус ИС должен обеспечивать механическую защиту, хороший теплоотвод, изоляцию между выводами, технологичность процесса защиты и компактную сборку при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры.
Основной критерий герметичности корпуса – скорость утечки гелия при разности давлений снаружи и внутри корпуса ~105Па. Заметим, что корпуса особо высокого качества характеризуются скоростью утечки гелия 1х10 - 8 см3/с.