Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

см. Водопоглощение не превышает 0,5%. Разрушающее напряжение дри растяжении

2,5-Ю7 Н/м2. Для приготовления компаунда берут 100 мае. ч смолы ЭД-20, 20

мае ч. глицидилового эфира, 50 мае. ч. полиамидной смолы Л-20 и 0,5 мае ч.

красителя.

Пресс-материал ЭФП-63—порошок темно-серого цвета, композиция на основе

эпоксидной смолы, минеральных наполнителей, отвердителя и красителя.

Применяется для герметизации полупроводниковых приборов и гибридных

интегральных микросхем. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте Ю6

Гц равен 0,03, а диэлекгрическая проницаемость на той же частоте равна 5

Удельное объемное сопротивление Ю14 Ом-см. Электрическая прочность 20

кВ/мм. Разрушающее напряжение при статическом изгибе 9-Ю'' Н/м2. КТР в

интервале температур от 20 до 125° С равен 25-Ю-6 1/°С. Усадка 0,6%.

Компаунд ЭКБТ-103—прозрачная однородная жидкость светло-желтого цвета,

композиция на основе эпоксидной смолы ЭД-22 с отвердителем и ускорителем.

Применяется для защиты и герметизации полупроводниковых источников света в

инфракрасной и видимой областях спектра и обеспечивает работу приборов в

диапазоне температур от —60 до +120° С. Показатель преломления при 20° С

равен 1,55 Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 Гц равен

0,05, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте равна 5. Удельное

объемное сопротивление 1014 Ом-см. Электрическая прочность 20 кВ/мм.

Прозрачность в исходном состоянии не менее 88%, а после обработки при

температуре 120° С в течение 30 сут^-85%. Водопоглощение не более 1%. Для

приготовления компаунда берут 100 мае. ч. смолы ЭД-22, 10 мае. ч.

отвердителя (трибутилбората) и 1 мае ч. ускорителя (марки '606/2).

Компаунд Л-1—композиция на основе эпоксидной смолы ЭД-24, смолы «Оксилин-

5», отвердителя (МТГФА) и ускорителя (диметилбензиламина). Применяется для

герметизации цифро-знаковых индикаторов. Для получения герметизирующего

состава красного или зеленого цвета в состав вводят смолу «Оксилин-5»

соответс'пвуюйцего цвета. Для приготовления компаунда берут 40 мае. ч.

смолы ЭД-24, 60 мае. ч. смолы «Оксилин-5», 37 мае ч. отвердителя и 1 мае.

ч.ускорителя.

Компаунды ОП-3 и ОП-ЗМ (О—оптический, П—прозрачный, 3—номер компаунда,

М—модифицированный) применяются для заливки элементов оптоэлектронных

приборов. Компаунды—прозрачные жидкости: ОП-3—бесцветная или слабого

желтого цвета, а ОП-ЗМ—желтого, зеленого, красного и рубинового цветов.

Время желирования при температуре 120° С не более 10 мин. Показатель

преломления 1,48. Вязкость компаундов лежит соответственно в Пределах от

150 до 500 и от 1500 до 6000 сСт. Светопропускание при толщине 0,8—1 мм и

20° С от 65 до 85%. Тангенс угла диэлектрических потерь при 20° С и

частоте 106 Гц равен 0,03, а диэлектрическая проницаемость при тех же

условиях равна 5 Удельное объемное сопротивление при 20° С равно 1014 Ом-

см Разрушающее напряжение при растяжении лежит в пределах от 1.5-Ю7 до 2,5-

Ю7 Н/м2. Водопоглощение за 24 ч не превышает 0,5%. КТР равен 8-Ю-5 1/°С.

Компаунд ОП-6—прозрачная жидкость желтоватого или красного цвета.

Применяется для герметизации оптоэлектронных приборов, работающих при

температурах от —60 до +125° С. Приготовляется на основе эпоксидной смолы

и отвердителя ангидридного типа. Время желирования при температуре 120° С

равно 30 мин Прозрачность при длине волны 0,7—1 мкм и температуре 20° С не

менее 85%. Водопоглощение за 24 ч не более 0,3%.

Компаунд ОП-429/1—вязкая, бесцветная, прозрачная жид-' кость. Применяется

для защиты и герметизации цифрознаковых индикаторов и оптронов, работающих

при температурах от —60 до +125° С. Время желирования 1 ч. Показатель

преломления при

20° С равен 1,53. Светопропускание при толщине 1 мм и 20° С в инфракрасной

и видимой области спектра не менее 85%. Тангенс угла диэлектрических потерь

при 20° С и частоте Ю6 Гц равен 0,03, а диэлектрическая проницаемость при

тех же условиях равна 3,8 Удельное объемное сопротивление при 20° С равно

1013 Ом-см. Водопоглощение в холодной воде за 24 ч. не превышает 0,1%.

Разрушающее напряжение при растяжении равно 4,5-Ю7 Н/м2. Выдерживает в

течение 5 мин температуру 240° С.

Компаунд ОП-429/2 — вязкая жидкость белого цвета. Применяется для

герметизации и защиты полупроводниковых приборов. Отличается от компаунда

ОП-429/1 меньшим водопоглощением.

Защита поверхности p-n-переходов вазелином и цеолитами.

При сборке полупроводниковых кристаллов с p-n-переходами в корпуса

используют метод стабилизации параметров введением в корпус прибора

кремнийорганического вазелина в сочетании с влагопоглощающими добавками

(гетерами), например с цеолитом. Изоляционный вазелин представляет собой

смесь кремнийорганической жидкости с мелкодисперсным наполнителем в виде

вязкой пасты. Широкое применение получили кремнийорганические вазелины КВ-

3, КВ-2, КВ-3А.

Вазелин обладает высокими изоляционными свойствами: удельное объемное

сопротивление вазелина при температуре 200С составляет 1014ом*, а при 1500-

1012ом*см; тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106 гц-0,006;

диэлектрическая проницаемость-2,8, а диэлектрическая прочность-15 кВ \ мм.

Перед нанесением на полупроводниковые кристаллы или корпуса вазелин

подвергают вакуумной сушке при температуре 1500С в течение 8-10 ч.

Технологический процесс нанесение вазелина проводиться в скафандрах в

атмосфере осушенного азота.

Так же герметизацию производят цеолитным адсорбентом и синтетическими

цеолитами:

Цеолитный адсорбент — порошкообразный синтетический цеолитный

материал CaA, применяемый для создания защитной атмосферы во внутренних

областях корпусов полупроводниковых приборов, выпускается двух видов:

мелкокристаллический с размерами кристаллов от 1 до 5 мкм и

крупнокристаллический с размерами кристаллов от 3 до 8 мкм. Статическая

активность – влогоёмкость при относительной влажности воздуха 0,03% в

течение 24 ч равна 18%. На основе порошка изготовляют таблетки диаметром 4

и 6 мм и толщиной 0,6 мм.

Синтетические цеолиты — высокоэффективные алюмосиликатные

адсорбенты; в обезвоженном виде – пористые кристаллы с размерами около 1

мкм. Поры цеолитов представляют собой сферические полости с диаметром от

1,14 до 1,19 нм, соединённые между собой более узкими отверстиями ,

называемые окнами . Эффективные диаметры окон существенно отличаются в

каждом типе цеолита и зависят от природы ионообменного катиона. Выпускаются

пять марок цеолитав: КА, NaA, CaA, NaX и CaX, в которых эффективный

диаметр окон соответственно равен 0,3;0,4;0,5;0,8;0,9 нм. Находящиеся в

полостях цеолитов катионы создают в них области с неоднородными

электростатическими полями, поэтому цеолиты особенно энергично адсорбируют

электрически несимметричные молекулы воды, двуокиси углерода, метанола, а

так же органических веществ.

Особенностью адсорбционных свойств пористых кристаллов цеолитов

является молекулярно-ситовое действие; в первичной пористой структуре

адсорбируются молекулы малых размеров, более крупные молекулы, для которых

входы в полости через окна недоступны, не адсорбируются. Поэтому при

использовании цеолитов необходимо учитывать органические адсорбируемости

веществ за счёт молекулярно-ситового действия.

Кристаллы цеолитов микроскопических размеров в смеси с добавками

15–20% глины формируют в таблетки, гранулы или шарики различных размеров,

которые для повышения механической прочности подвергают термической

обработке в течение 2-6 часов при 550-600 С. Адсорбционные свойства

формованных цеолитов по сравнению с кристаллическими обычно ниже на 20% в

результате введения глины. Формованные цеолиты применяются для глубокой

осушки и тонкой очистки газов и жидкостей. Основные свойства цеолитов

приведены в таблице №1!

|Характеристика |Марка цеолита |

| |KA |NaK |CaA |NaX |CaX |

|Насыпная масса, г/см2 |0,62 |0,65 |0,65 |0,6 |0,6 |

|Механическая прочность на |4(106|5(106|5(106|4(106|4(106|

|Водостойкость, мас. % |96 |96 |96 |96 |96 |

|4,5 |62 |90 |72 |95 |90 |

|3,6 |70 |10 |80 |100 |95 |

|2,0 |85 |12 |95 |105 |100 |

|Динамическая активность по |2,0 |— |— |— |— |

|4,5 |— |— |— |52 |52 |

|3,6 |— |— |— |65 |62 |

|2,0 |— |— |— |68 |65 |

|Потери при прокаливании, мас. % |5 |5 |5 |5 |5 |

Защита p-n-переходов плёнками окислов металлов.

В полупроводниковой технологии для защиты кристаллов с p-n-переходами

применяются плёнки на основе окисей металлов: алюминия, титана, бериллия,

циркония. Исходный материал берут в виде порошка, а в качестве несущего

агента может быть использован галоген или галоидное соединение водорода.

Через рабочую камеру пропускают инертный газ и устанавливают перепад

температур между источником защитного материала и полупроводниковым

кристаллом. Температура источника должна быть выше температуры кристаллов,

причём с увеличением разницы температуры скорость реакции повышается.

Для осаждения защитных плёнок Al203, BeO, TiO2, ZnO2 температуру

источника выбирают в диапазоне 800–1200 С, кристаллов – в диапазоне

400–800 С, а расстояние между ними устанавливается в зависимости от

требуемой разницы температур (от 10 до 15 см) В таблице 2! приведены режимы

осаждения защитных плёнок окислов металлов.

Таблица 2

| | |0С |0С |

|Al2O3 |HCl(HBr) |800–1000 |400–700 |

|BeO |HCl(HBr) |900–1200 |500–750 |

|TiO2 |HCl(HBr,Cl2) |800–1000 |500–700 |

|ZnO2 |HCl(HBr) |1000–1200 |500–800 |

Процесс осаждения защитной плёнки на полупроводниковые кристаллы с p-

n-переходами проводят в кварцевой трубе, в одном конце которого помещают

материал источника, например Al2O3 , а в другом – подложку с кристаллами.

Сначала в трубе создают вакуум, а потом вводят необходимое количество

инертного газа. Труба имеет две температурные зоны: 900 С – для источника,

500 С – для кристаллов.

В качестве защитного материала можно использовать также свинцовый

сурик Pb3O4, растворенный в смеси из 7,5% полиэтилена и 92%полибутилена и

перемещённый при температуре 125–160 0С. Полученный состав при температуре

112 С наносят на поверхность кристаллов с p-n-переходами. В качестве

окисляющего агента используют хромат цинка ZnCrO4. Кроме того, защитные

плёнки могут быть получены на основе смесей Pb3O4 и ZnCrO4, SrCrO4 .

Порошок этих веществ смешивают с летучими растворителями получают

суспензии, которые наносят на поверхность полупроводниковых кристаллов

распылением. Кристаллы с напылённым защитным слоем выдерживают в течение

нескольких минут при комнатной температуре до полного испарения

растворителя, а затем нагревают до 200 С. В результате нагревания частицы

нанесённого вещества выделяют ионы кислорода, которые замещают ионы

водорода на поверхности полупроводникового материала, и на поверхности

кристаллов образуется плотная защитная плёнка. Этот способ защиты позволяет

снизить обратные токи приборов на один-два порядка.

Вакуумным катодным распылением Al2O3, MgF2, Ta2O5, TiO2, ThO2, ZnO2,

BeO, и MgO на поверхности кристаллов с p-n-переходами могут быть получены

защитные диэлектрические плёнки, которые представляют собой с поверхностью

полупроводникового кристалла.

Для защиты и стабилизации электрических параметров p-n-переходов

проводят процесс титанирования, который состоит в том, что на поверхность

кристаллов с p-n-переходами осаждают один из сложных эфиров:

негидролизированный титановый эфир, тетраизопропилтитанат,

тетрабутилтитанат или тетраэтилгексинтитанат. Полученное покрытие

стабилизируют термическим прогревом или при помощи катализаторов и получают

прочие, химически связанные с поверхностью полупроводникового кристалла

плёнки двуокиси титана.

Другой способ титанирования заключается в замещении слоя окиси

германия на поверхности кристалла германия окисью титаната, которая

наносится в потоке фтора. Фтор, проходя по трубопроводу и насыщаясь

титаном, образует газообразный фторид титана, который реагирует с

поверхностью кристаллов, покрытий слоем окиси германия. В результате на

поверхности кристаллов образуется окись титана и парообразный фторид

германия.

Для защиты поверхностей p-n-переходов может быть использован нагрев

кристаллов при 1200 С в окисляющей атмосфере в присутствии ванадия или его

соединения. Ванадий находится в рабочей камере в виде порошкообразной

пятиокиси V2O5. Через рабочую камеру пропускают водяные пары, содержащие

кислород с парциальным давлением 3,3*103 Па. После получения плёнки

толщиной около 1 мкм лодочку с порошком V2O5 медленно выдвигают из печи.

Поверхность p-n-перходов защищают также плёнками окиси вольфрама,

наносимыми плазменными распылением в атмосфере кислорода. Толщина плёнок от

10 до 1000 нм. Давление кислорода в рабочей камере может быть выбрано в

диапазоне от 2,6*103 до6,6 Па. Катодом служит чашеобразный диск из

вольфрама, а анодом – полупроводниковые пластины с p-n-переходами.

Температура процесса не должна превышать 300 С. Напряжение на электродах от

выбранного давления газа внутри рабочей камеры не должно превышать 500 В.

Защита поверхности p-n-переходов плёнками нитрида кремния.

Нестабильность электрических параметров планарных структур вызвана

движением ионов щелочных металлов как внутри, так и на поверхности окисла.

Ионы щелочных металлов, особенно ионы натрия, обладают сравнительно большой

подвижностью (для Na при Т=200 С , м=10-12 см2/(В*с)) при повышенных

температурах движутся в электрическом поле.

Одним из способов повышения стабильности планарных приборов является

выращивание поверх слоя двуокиси кремния слоя Si3N4 или стекла. Стекло

связывает ионы натрия и препятствует их перемещению, а Si3N4 улучшает

изоляцию поверхности активных структур.

Для получения защитных плёнок нитрида кремния используются различные

методы, основанные на следующих реакциях взаимодействия : силана с

аммиаком, тетрахлорида кремния с аммиаком, силана с гидрозином,

тетрабромида кремния с азотом. Кроме того, используются методы катодного и

высокочастотного реактивного распыления.

Реакция взаимодействия SiH4 с NH3. Выращивание плёнок нитрида кремния

производится химическим взаимодействием в газовой среде силана с аммиаком.

Азотирование производится в кварцевой трубке при температурах 700–1100 С. В

трубу с током водорода с расходом 4 л/мин подают пары силана и аммиака в

соотношении 1:20. Избыток водорода препятствует преждевременному

разложению силана (температура разложения силана 500С). В результате

взаимодействия силана и аммиака на кремневой подложке образуется плёнка

нитрида:

3SiH4+4NH3 —>Si3N4+12 H2

Уменьшение скорости роста плёнки с увеличением температуры свыше 1000

С обусловлено недостаточным количеством силана вблизи подложки вследствие

его интенсивного разложения. Обычно плёнки имеют аморфную структуру, однако

в плёнках, выращенных при 1100С, наблюдаётся отдельные кристаллические

образования.

Реакция взаимодействия SiCl4 с NH3. При выращивании плёнок протекают

следующие реакции. На начальной стадии образуются диимид кремния:

SiCl4+^NH3–>Si(NH)2+4NH4Cl

При комнатной температуре реакция дальше не идёт, но происходит

полимеризация диимида. При нагреве подложки протекает реакция:

6Si(NH)2–>2Si3(NH3)N2–>3Si2(NH)N2–>2Si3N4

В результате образуются кристаллиты нитрида кремния. При температуре

1100–1200С получается полностью аморфная плёнка Si3N4. В толстых плёнках

Si3N4 (свыше 1 мкм) имеются трещины, плотность которых растёт с толщиной и

скоростью выращивания. Наличие трещин не только результат различия в

коэффициентах термического расширения, но и следствие структурной

неоднородности плёнки и подложки.

[pic]

Получение защитных пленок Si3N4 этим методом проводиться в

горизонтальной кварцевой трубе , в которую вводятся отдельно газовые

смеси. Температура внутри рабочей камеры поддерживается равной 10000С.

Температура всей остальной трубы поддерживается равной 375 С, чтобы

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

МЕНЮ

Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов