Способ защиты полупроводниковых приборов перед герметизацией

 

Назначение: микроэлектроника. Сущность изобретения: в качестве защитного покрытия кристалла используют компаунд, состоящий из роливсана и ароматических растворителей. Отверждение компаунда осуществляют при 120 - 250°С в течение 5 - 7 ч. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов, к защите поверхности кристалла с p-n-переходами и активными элементами от воздействия окружающей среды.

Известны различные способы изготовления полупроводниковых приборов (Черняев В. Н. Технология производства интегральных схем. М. Энергия, 1977, с. 359-362; Тилл У. Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовления. М. Мир, 1985, с. 397-401).

Способ изготовления полупроводниковых приборов, например К1109КТ21, включает изготовление полупроводниковых кристаллов, монтаж кристаллов в корпус, а именно: посадка полупроводниковых кристаллов на выводную рамку, ее термообработка, термокомпрессия выводов, нанесение защитного покрытия СИЭЛ 159-167 ТУ6-02-1197-80 с последующим его отверждением, герметизация приборов, вырубка и гибка выводов.

Способ изготовления полупроводникового прибора, например КР1015ХК2, включает изготовление полупроводниковых кристаллов, монтаж кристаллов в корпусе, а именно: посадку кристаллов на выводную рамку, ее термообработку, термокомпрессию выводов, нанесение гидридосодержащего кремнийорганического компаунда ГК ТУ11-82 НУО.028.021ТУ.

Недостатками указанных способов изготовления полупроводниковых приборов являются невысокая адгезия защитных покрытий к металлам, которые используются для создания металлических контактов, к стеклам, нестойкость к ряду кислотных соединений и неудовлетворительная влагостойкость (Курносов А.И. Металлы для полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М. Высшая школа, 1980, с. 170-174).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления полупроводниковых приборов (И.63.088.081 ТУ-78 г. Шауляй, Литва Микросхемы бескорпусные серии ИС-700), в котором используется лак АД-9103 в качестве защитного покрытия кристалла после разварки выводов.

Недостатками способа являются, во-первых, невысокая адгезия электроизоляционного лака АД-9103 к металлам, в том числе и алюминию, который используется зачастую в качестве проволочных выводов к полупроводниковым кристаллам, и к окислам; во-вторых, защитная пленка электроизоляционного лака АД-9103 не обеспечивает требуемой герметичности относительно влаги как при комнатной температуре, так и при повышенной температуре; в-третьих, низкая кислотостойкость и низкая стойкость к воздействию агрессивных сред, в том числе глицериновых и кислотных флюсов, с помощью которых производится очистка поверхности выводов приборов в пластмассовых корпусах.

Целью изобретения является повышение выхода целевых изделий.

Для этого в качестве защитного покрытия кристаллов полупроводниковых приборов используют компаунд на основе смеси роливсана МВ-1 и толуола в массовом соотношении 1:(8-15), необходимом для достижения требуемой вязкости компаунда, с последующим отверждением при 120-250^оС в течение 5-7 ч.

Роливсан МВ-1 представляет собой мономерно-олигомерную композицию, получаемую химическим путем по ТУ-6-14-24-143-85 и имеющую следующий состав, мас.

1. Бис-(4-винилфенило- вый) эфир 5-45 2. Метакриловый эфир 4-винил-4-(1-оксиэтил) дифенилоксида 27-35 3. Диметакриловый эфир бис-4-(1-оксиэтил) фени- лового эфира 15-40 4. Олигоэфиры общей формулы 5-30 XAr-CH A CHAr, где X -CH=CH₂ или CH₂= COO-, Ar=n-PhOPh; n=0-3 Отверждение компаунда происходит с помощью полимеризационно-полициклоконденсационного метода, когда имеет место трехмерная совместная полимеризация ненасыщенных компонентов системы. В процессе отверждения при 120-250^оС выделяется 4-6% летучих продуктов (в основном, воды и метакриловой кислоты).

Применение в способе компаунда на основе роливсана обеспечивает возможность использования полупроводниковых приборов в широком диапазоне температур.

Параметры отвержденного компаунда, характеризующие его высокие термические свойства:
плотность d=1150-1170 кг/м³,
показатель преломления n_р=1,590-1,595,
разрушающие напряжения при растяжении:
при Т=20^оС σ_p²⁰=50-70 МПа,
при Т=250^оС σ_p²⁵⁰=40-50 МПа,
при Т=350^оС σ_p³⁵⁰=10-20 МПа,
модуль упругости Ер
при растяжении при Т=20^оС Е_p²⁰=1500-21500 МПа;
при Т=250^оС Е_p²⁵⁰=1400-1600 МПа,
относительное удлинение при разрыве ε_р:
при Т=20^оС ε_p²⁰=3-4%
при Т=250^оС ε_p²⁵⁰=4-5%
при Т=350^оС ε_p³⁵⁰=6-8%
теплостойкость 400 ± 30^оС,
температура потери 5% массы 390±10^оС,
температура потери 10% массы 425±5^оС.

На фиг. 1 и 2 изображен внешний вид выводной рамки с тремя кристаллами полупроводниковых приборов после операций напайки и разварки выводов эмиттер база, где
1 выводная рамка, 2 и 3 кристаллы полупроводникового прибора, 4 проволочные выводы, 5 защитное покрытие.

В качестве примера было взято изготовление транзисторных сборок (см. фиг. 1), состоящих из трех полупроводниковых кристаллов, по следующему маршруту:
посадка кристаллов методом эвтектики на флажки выводной рамки из ковра с позолоченными выводами;
термообработка при Т=300^оС;
термокомпрессия выводов;
нанесение защитного покрытия;
отверждение защитного покрытия;
герметизация приборов при Т=175^оС эпоксидной формующей пластмассой;
вырубка приборов и гибка выводов;
снятие окалины;
обслуживание выводов при Т=265±15^оС;
термоциклирование при Т=-60^оС-+85^оС, 10 циклов;
измерение электропараметров (I);
электротоковая тренировка (ЭТТ);
измерение электропараметров (II);
маркировка;
измерение электропараметров (III).

Для нанесения защитного покрытия был приготовлен компаунд в соотношениях, мас. роливсан 8-15; ароматические растворители 85-92. Отверждение проведено в диапазоне температур от 120 до 220^оС со средней скоростью подъема температуры 15-20^оС/ч. В диапазоне температур от 180 до 220^оС применялась вакуумная сушка (при давлении Р=0,8-1,0 кгс/см²).

Для проверки кислотостойкости отвержденного компаунда, нанесенного в качестве защитного покрытия, проведены испытания на воздействие трех агрессивных сред.

Среда А представляет собой раствор, состоящий из 1 г KI, 10 г уротропина и 1 л HCl.

Среда Б представляет собой флюс, состоящий из 38% глицерина, 59% этиленгликоля и 31% HCl.

Среда В представляет собой флюс, состоящий из 490 г цинка хлористого "Ч", 120 г хлористого аммония, 200 мл глицерина, 400 мл деионизованной воды.

Методика обмывки приборов после воздействия трех агрессивных сред.

Среда А промывка в деионизованной воде, обезжиривание в ацетоне, сушка при 100^оС.

Среда Б и В промывка в горячей проточной воде при 65 ± 5^оС, кипячение в течение 10 мин, обезжиривание в изопропиловом спирте, сушка при 100^оС.

Методика обмывки приборов после лужения выводов включает промывку в горячей проточной воде при 65 ± 5^оС, сушку при 100^оС.

Результаты эксперимента с разделением видов брака приведены в табл. 1.

Проведены с положительными результатами дополнительные испытания (см. табл. 2):
испытания термоциклированием 60-85^оС, 60 циклов (при норме 10);
испытания термоциклированием 60^оС-155^оС, 37 циклов (при норме 5);
испытания в камере тепла и влаги 4 и 21 сут.

Использование в способе в качестве защитного покрытия компаунда на основе роливсана дает возможность увеличить вдвое процент выхода годных приборов за счет увеличения кислотостойкости, влагостойкости, адгезионных свойств к SiO₂, Al, Au.

Достоинство способа состоит в его простоте и технологичности, в плотном сцеплении защитного покрытия с поверхностью полупроводникового кристалла, предотвращении доступа водяных паров кислорода и иных веществ, в кислотостойкости и влагостойкости применяемой пассивации.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ ПЕРЕД ГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ, включающий нанесение материала защитного покрытия на кристалл и отверждение защитного покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных, в качестве защитного покрытия используют компаунд, состоящий из следующих ингредиентов, мас.

Роливсан 8 15
Ароматические растворители 85 92
а для отверждения осуществляют прогрев при 120 250^oС в течение 5 7 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ароматических растворителей используют соединения из ряда, включающего бензол, толуол или их смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3