Способ формирования защитных покрытий для изделий электронной техники

 

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ, включающий нанесение на поверхность изделий предварительного слоя на основе соединений Изобретение относится к микроэлектронике , в частности к технологии сборки и герметизации, и может быть использовано при изготовлении изделий электрон ной техники с полимерной герметизацией. Известны способы формирования защитнь х покрытий при изготовлении узлов радиоэлектронной аппаратуры, включающие создание вокруг защищаемых элементов экранов с помощью жестких (гофрированная бумага, металлическая фольга и др.) демпферов или покрытие элементов пленкой эластичного (резина, эластичные компаунды, пенопласты) демпфера и последующее нанесение или обволакивание герметизирующего полимерного покрытия . Однако известный способ неприемлем для формирования защитных покрытий при изготовлении, например, интегральных кремния, высушивание и последующее образование герметизирующего полимерного покрытия, отличающийся тем. что, с целью повышения надежности и устойчивости изделий к климатическим воздействиям, защищаемую поверхность изделия покрывают обьемно-сеточным трафаретом, причем вершины выступов на сетке прижимают с нормированным усилием к поверхности, через сетку на поверхность изделия равномерно наносят суспензию микропорошка силикатных стекол в органическом растворителе , нанесенную суспензию выдерживают на воздухе до ее загустевания и снимают объемно-сеточный трафарет, сушат, далее проводят герметизацию изделия полимерным материалом. СП с схем, как по причине их низкой технологичности , так и из-за миниатюрности элементов .--V .... о ю ел Наиболее близким по технической сущности является способ формирования защитных покрытий для изделий электронной 00 Os техники, включающий нанесение на поверхность изделий предварительного слоя на пснове соединений кремния, высушивание hO и последующее образование герметизирующего полимерного покрытия. Однако силоксаны, относящиеся к полиорганическим соединениям кремния, обладают низкой предельной рабочей температурой, не превышающей 300°С, что делает их применение в мощных и импульсных схемах невозможным. Кроме того, нане сение пленки из : кремнийорганических полимерных материалов на р-п переходы вызывает изменение равновесного поверх

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5|)5 Н 01 1 21/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3387284/25 (22) 28.01.82 (46) 07.09.92. Бюл. М ЗЗ (72) Д.В,Лифанов, l0.Н,Хлопов и АЯ.Сидоров (53) 621,382(088.8) (56) Галушко А.И. Внутренние напряжения в герметизирующих компаундах РЭА. M,: Советское радио; 1974, с.72.

Патент Японии ЬЬ 55-17514, кл. Н 01 21/56, 1980. (54)(572 СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ

ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ, включающий нанесение на поверхность изделий предварительного слоя на основе соединений

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии сборки и герметизации, и может быть использовано при изготовлении изделий электронной тех» ники с полимерной герметизацией.

Известны способы формирования защитных покрытий при изготовлении узлов радиоэлектронной аппаратуры, включающие создание вокруг защищаемых элементов экранов! с помощью жестких (гофрированная бумага, металлическая фольга и др.) демпферов или покрытие элементов пленкой эластичного (резина, эластичные компаунды, пенопласты) демпфера и последующее нанесение или обволакивание герметизирующего полимерного покрытия.

Однако известный способ неприемлем для формирования защитных покрытий при изготовлении, например, интегральных

5U 1095862 А1 кремния, высушивание и последующее образование герметизирующего полимерного покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости изделий к климатическим воздействиям, защищаел1ую поверхность изделия покрывают объемно-сеточным трафаретом, причем вершины выступов на сетке прижимают с нормированным усилием к поверхности, через сетку на поверхность изделия равномерно наносят суспензию л1икропорошка силикатных стекол в органическом растворителе, нанесенную суспензию выдерживают на воздухе до ее загустевания и снимают объемно-сеточный трафарет, сушат, далее проводят герметизацию изделия полимерным материалом. схем, как по причине их низкой технологичности, так и из-за миниатюрности элементов.

Наиболее близким по технической сущности является способ форл|ирования защитных покрытий для изделий электронной техники, включающий нанесе|гие на поверхность изделий предварительного слоя на основе соединений кремния, высушивание и последующее образование герметизирующего полимерного покрытия. . Однако силоксаны, относящиеся к полиорганическим соединениям кремния, обладают низкой предельной рабочей температурой, не превышающей 300 С, что делает их применение в мощных и импульсных схемах невозможным. Кроме того, нанесение пленки из . кремнийорганических полимерных материалов на р-п переходы вызывает изменение равновесного поверх1095862 ностного заряда и, как следствие, изменение характеристик изделия и ухудшение надежности, Цель изобретения — понь шение надежности и устойчивости изделий к климатическим воздействиям.

Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования защитных покрытий для изделий электронной техники, включающем нанесение на поверхность изделий предварительного слоя на основе соединений кремния, нысушинание и последующее образование герметизируюшего полимерного покрытия, защищаемую поверхность изделия покрывают объемносеточным трафаретом, причем вершины выступов на сетке прижимают с нормированным усилием к поверхности, через сетку на поверхность изделия равномерно наносят суспенэию микропорошка силикатных стекол в органическом растнорителе, нанесенную суспензию выдерживают на воздухе до ее загустевания и снимают объемно-сеточный трафарет, сушат, далее проводят герметизацию изделия полимерным материалом, Использование суспензии микропорошка силикатных стекол обеспечивает защиту элементов схемы от действия усадочных и термомеханических напряжений компаунда и изоляцию рабочих структур кристалла и сварных ме>ксоединений от вредных включений герметизирующего полимера, При наличии н составе микропорошка фосфорносиликатных, свинцово-силикатных, алюмосиликатных и др. стекол обеспечивается защита от таких ионов щелочных металлов как NB, K и др., что в виду относительной гидрофильности полимерных покрытий исключает образование шелочей NaQH, K0H и др, Как КаОН, так и КОН являются гранителями алюминия, который широко используется в изделиях в качестве металлиэации.

Защита элементов схем от действия усадочных и термомеханических напряжений обеспечивается за счет того, что н процессе усадки полимера слой микропорошка деформируется, не сохраняя в себе остаточных внутренних напряжений. Действие слоя микропорошка можно сравнить с действием жесткого демпфера, поскольку он, создав полость в полимере, исключает какое-либо дальнейшее взаимодействие между полимером и элементом схемы.

Введение слоя микропорошка позволяет создавать требуемую конфигурацию поверхности герметиэирующего полимера, обращенную к элементам схемы, Толщину слоя микропорошка выбирают, исходя иэ величи5

55 ны,4 усадки герметиэирующего полимера и разности температурных коэффициентов линейного расширения — ТКЛР сопрягаемых материалов, Предложенный способ осуществляют следующим образом:

Для формирования микропорошкового защитного покрытия на подложке с требуемой топологией защитного слоя используют шелкографические и объемно-сеточные трафареты. Объемно-сеточный трафарет отличается от шелкографического тем, что на одной из плоскостей сетки, натянутой на рамке, имеются заданной высоты и геометрии выступц из твердой резины, расположение которых образует зеркальное отображение контуров, ограничивающих слой микропорошконого защитного покрытия, Процесс создания защитного слоя на подложке включает в себя следующую последовательностьь операций; основание корпуса интегральной схемы с приклеенной подложкой в установочное место корпуса рамки и ориентируют согласно конструкторской документации на изделие; поверхность подложки накрывают объемно-сеточным трафаретом, причем вершины выступов на сетке оказываются прижатыми с нормированным усилием к поверхности подложки, что исключает затекание суспенэии на участки поверхности подложки, которые должны остаться незащищенными; из дозатора каплями через сетку на поверхность подложки наносятсуспензию микропорошка в летучем растворителе, следя за тем, чтобы слой суспенэии обладал равной толщиной на всей защищаемой поверхности; нанесенную суспензию выдерживают в течение 2-3 мин на воздухе до ее загустевания и снимают объемно-сеточный трафарет; основание интегральной схемы с подло>ккой, на которой сформировано защитное покрытие, помещают в сушильный шкаф.

На фиг.1 показан участок топологии микропорошкового защитного покрытия, сформированный на подложке интегральной схемы; на фиг.2 — разрез А-А на фиг,1; на фиг.3 — тот же участок интегральной схемы, что на фиг.1, со сформированными покрытиями; на фиг,4 — разрез структуры, представленной на фиг,3, со сформированными покрытиями по линии А-А; на фиг.5— разрез структуры с двумя слоями покрытий.

На фиг,1 на керамическом основании 1 приклеена подложка 2, поверхность которой снабжена коммутационной структурой

3. Основание 1 снабжено внешними выво1095862 дами 4, проходящими сквозь боковые стенки основания. Поверхность подложки 2 снабжена микропорошковым защитным покрытием 5, в котором имеются сквозные окна б для связи герметизирующего компаунда с подложкой и сквозное окно 7 5 для посадки кристалла на подло>кку.

Формирование микропорошкового покрытия на отдельных элементах схемы осуществляется с помощью другого объемно-сеточного трафарета, в котором 10 выступы выполнены не монолитными, как в прежнем, а в виде пустотелых коробок или юбок, с толщиной стенки 1 — 1,5 мм, Поскольку пустотелые выступы примыкают одним концом к сетке, то они образуют своеобраз- 15 ные колодца без днищ. Размеры и размещение внутренней периферии колодцев на поверхности сетки таково, что они образуют зеркальное отображение требуемой топологии защитного покрытия на отдельных 20 элементах интегральной схемы. Формирование защитного покрытия в отличие от ранее изложенного состоит в том, что по установлению трафарета на поверхность подложки днища колодцев прижимаются, 25 например, к поверхности подложки, причем внутри колодца оказывается кристалл или конденсатор (К10-17) с его коммутационной областью на подложке, или коммутационная область межсоединения подложка-вы- 30 вод основания, включгя микропроволоку и ее ближайшее окружение. Суспензия с микропорошком тодается через сетку только во внутрь колодцев до заданной высоты, После нанесения суспензии все операции в даль- 35 нейшем повторяются, согласно вышеуказанной последовательности.

На фиг.3 — 4 представлен тот же участок интегральной схемы, что и на фиг,1, в котором сформированы оба типа защитных по- 40 крытий: защитное покрытие подложки и защитное покрытие отдельных элементов.

Защитное покрытие отдельных элементов 8 в одном случае защищает кристалл 9 и его коммутационную область — микропроволоч- 45 ку 10 и зону сварного контакта на коммутационной дорожке 11, а в другом коммутационную область межсоединения подложка — вывод основания, включая микропроволочку 12 и ее ближайшее окружение.

По выполнении операций по формированию защитных покрытий при изготовлении изделия электронной техники проводят герметизацию изделия полимерным материалом. Пример конструкции полимерного герметиэирующего покрытия для участка интегральной схемы фиг.3 показан на фиг.5.

Герметизирующее покрытие 13 может быть . образовано методами заливки и опрессовки, Толшина микропорошкового покрытия для различных элементов конструкции изделия электрон loll техники выбирается, исходя из конфигурации элемента, его расположения в конструкции изделия, свойств герметизирующего полимерного материала, геометрических размеров герметизирующего покрытия, В зависимости от функциональной значимости защищаемого элемента схемы применяется микропорошок с соответствующим размером частиц. Так для "àùèòû элементов с низкой степенью интеграции (подложки, керамиче- . ские конденсаторы) применяется микропорошок с размером частиц до 10 мкм, причем толщина защитного покрытия на подложке составляет 0,7-1,0 мм. Для защиты кристаллов высокой степени интеграции применяют микропорошок фосфорно-силикатного стекла с размером частиц 0,2 — 0,5 мкм, а толщина защитного покрытия составляет

0,2 — 0,5 мм.

Испол ьзован ие и редложенно го способа flo сравнению с известными позволит исключить механические напряжения между полимером и рабочей поверхностью кристалла и приваренных концов микропроволочных межсоединений интегральной схемы; повысить влага- и термостойкость изделий за счет снижения трещинообразования в полимере; осуществить защиту как областей подвижного заряда микросхем, так и алюминиевой металлизации, за счет использования гетерных csOAGTB силикатных стекол по отношению к ионам щелочных металлов.

1095862

1095862

Составитель

Редактор Е. Гиринская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор И. Шмакова

Заказ 4052 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101