Технология производства керамических корпусов

Керамические корпусы обычно применяют для герметизации современных приборов, где требуется максимальная надежность.

Процесс формирования многослойной заготовки из тугоплавкой керамики начинается с подготовки керамической пасты и протекает в следующей последовательности:

• Отливка
• Формирование заготовки корпуса
• Трафаретная печать
• Образование многослойной структуры
• Перфорирование
• Спекание

На первом этапе готовят жидкую пасту из керамического порошка и жидкой компоненты (растворитель и смола-пластификатор). Затем из этой пасты отливают тонкие листы, пропуская над ней сглаживающее лезвие. После сушки листы разрезают в соответствии с необходимыми размерами. Далее механическим путем пробивают в них сквозные отверстия (отверстия в диэлектрических слоях, через которые осуществляются межкомпонентные соединения) и углубление для кристалла, наносят на поверхность проводящие дорожки (обычно пасту на основе порошка вольфрама) и заполняют сквозные отверстия металлом. Некоторые пластины спрессовывают друг с другом с помощью зажимного приспособления с точным совмещением. Готовая структура подвергается отжигу при температуре 1600 °С для образования монолитного спеченного материала.

После отжига пластина готова для заключительных операций по присоединению выводов и металлизации. Для подготовки к пайке выводов на вольфрам наносят никель. Выводы изготавливают из сплава Fe-Ni-Co, называемого коваром, пайку выводов осуществляют эвтектическим сплавом серебро-медь. Все внешние металлические поверхности подвергаются гальванической или электролитической обработке (обычно наносят золото на никель) для повышения качества соединения и защиты от окружающей среды. Многослойные керамические корпусы могут иметь размеры до 100x100 мм с допуском ±0.5% и содержать до 30 слоев.

Технология производства керамических корпусов очень эффективна для конструирования сложных корпусов с большим числом сигнальных, заземляющих, питающих, соединительных и герметизирующих слоев. Однако ей присущи три недостатка: трудность получения необходимых допусков размера корпуса из-за большой усадки во время обработки; высокая диэлектрическая проницаемость керамики (e = 9,5) и недостаточная теплопроводность Al₂O₃. Проблема допусков затрудняет использование краевой области пластины, высокая диэлектрическая проницаемость оказывает вредное воздействие на емкостную нагрузку сигнальной линии. Замена Al₂O₃ на BeO должна значительно улучшить тепловые характеристики и уменьшить диэлектрическую проницаемость корпусов. Корпусы из BeO найдут широкое применение в будущем благодаря потенциальной возможности улучшения рабочих характеристик керамических корпусов.

Технология производства
прессованных пластмассовых корпусов

Пластмассовые корпусы обычно применяют для приборов, где преобладающим фактором является стоимость и не требуется высокая герметичность.

На следующем рисунке показан пластмассовый плоский корпус с двухрядным расположением выводов.

Для успешного изготовления формовочной смеси необходимо выбрать соответствующий материал для прессования, который удовлетворял бы требованиям надежности прибора, и надлежащим образом управлять самим процессом прессования. Кроме того, большое значение имеет полная автоматизация процесса сборки (в частности, монтажа кристалла), выполнения проволочных соединений и операции прессования.

Двумя основными типами приборов в пластмассовых корпусах являются прибор с корпусом, прессуемым из пластмассы после сборки, смонтированный в плоском корпусе с двухрядным расположением вертикальных выводов, и прибор с предварительно спрессованным из пластмассы корпусом, например, кристаллодержатель. Для герметизации приборов с прессованием корпуса после сборки используют термореактивные (с поперечными связями) кремнийорганические соединения и эпоксидные смолы; при этом запрессовка комплекса выводная рамка-кристалл производится после присоединения кристалла к выводной рамке. Процесс прессовки пластмассой после сборки не является достаточно технологичным. Для того чтобы избежать контакта кристалла и его проводников или соединения на ленточном носителе с вязкой формовочной смесью, была разработана технология изготовления предварительно спрессованного из пластмассы корпуса. Согласно этой технологии, предварительно прессуют корпус, а затем выполняют монтаж кристалла и межкомпонентные соединения. Для прессования могут использоваться термореактивные материалы, упомянутые выше, или термопластичные полимеры, такие как полифениленсульфид. Предварительно спрессованный корпус является пластмассовым эквивалентом керамического корпуса из тугоплавкой керамики с углублением для кристалла и получит в будущем широкое применение в технологии СБИС.

Для герметизации ИС обычно используют эпоксидные смолы и кремнийорганические соединения. Специальную эпоксидную смолу "Эпокси-А" получают конденсацией эпихлоргидрина с бис-фенолом А.

Эпоксидные новолачные клеи в настоящее время являются более предпочтительными из-за их термостойкости, связанной с тем, что каждая повторяющаяся группа содержит эпоксидный радикал. Эти смолы, называемые "Эпокси-В", получают путем реакции эпихлоргидрина с новолачной фенольной смолой и основой. В процессе синтеза смолы в качестве побочного продукта образуется хлорид натрия. Ионы натрия и хлора оказывают вредное воздействие на надежность прибора, и поэтому, эти побочные продукты должны быть тщательно отделены от смол перед составлением искомой формовочной смеси.

Специальные вопросы герметизации