Московский Государственный Открытый Университет
Факультет информатики и радиоэлектроники
Кафедра электронных приборов.
Пояснительная записка
по дисциплине Технология производства полупроводниковых приборов
на тему: Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов
специальность 200300 /С
Студента: Иванова С.М.
шифр 696823
заочная форма обучения
Преподаватель: Кротов В.В.
2000
Содержание.
Введение. 2
Методы защиты р-п-переходов полупроводниковых кристаллов и пластин. 7
Защита поверхности p-n-переходов лаками и эмалями 8
Эпоскидные смолы. 13
Компаунды на основе эпоксидных смол. 19
Защита поверхности p-n-переходов вазелином и цеолитами. 27
Защита p-n-переходов плёнками окислов металлов. 29
Защита поверхности p-n-переходов плёнками нитрида кремния. 32
Защита p-n-переходов легкоплавкими стеклами 37
Защита поверхности p-n-переходов силанированием. 42
Защита поверхности р-п-переходов окислением. 44
Очистка полупроводниковых приборов перед герметизацией. 50
Состояние и свойства поверхности полупроводников. 52
Методы очистки поверхности полупроводника. 54
Химическая и электролитическая отмывка полупроводников. 55
Отмывка в кислотах и щелочах. 59
Отмывка во фреонах. 60
Отмывка водой. 62
Отмывка в ультразвуковых ваннах. 64
Определение чистоты поверхности. 68
Контроль качества промывки. 73
Сушка деталей. 74
Контроль герметичности полупроводниковых приборов. 76
Описание технологического процесса. 78
Список используемой литературы. 82
Введение.
Технология производства полупроводниковых приборов это техническая наука, занимающаяся изучением физико-химических основ технологических процессов производства электронных прибор и закономерностей, действующих в процессе изготовления этих изделий.
Использование результатов исследований фундаментальных наук и доведение их до инженерного решения применительно к производству изделий электронной техники позволяют разрабатывать новые технологические процессы для серийного и массового изготовления.
Развитие прикладных наук в области получения чистых и сверх чистых материалов, нанесения покрытий, соединения различных материалов, электрофизических и электрохимических методов обработки способствовали совершенствованию полупроводниковой и плёночной технологии, особенно при производстве микросхем.
Повышение качеств изделий требует высокой технологической точности и дисциплины производства, своевременного анализа и корректировки технологического процесса, построения оптимального технологического процесса.
Повышению качеств и стабильности технологических процессов, обеспечивающих массовое производство изделий с воспроизводимыми параметрами, способствует внедрение автоматизированных систем управления с полным исключением человека-оператора и его субъективного влияния на ход технологического процесса.
Создание высокопроизводительных машин и автоматических линий требует знания основ технологии производства, современных методов изготовления деталей и узлов, нанесения покрытий, получение электронно-дырочных переходов, сборки приборов и микросхем и т.п.
Производство изделий электроники состоит из нескольких этапов, в результате проведения которых материалы превращаются в готовые изделия.
Производственный процесс в электронном приборостроении состоит из: технологической подготовки производства; получения и хранения материалов и полуфабрикатов; технологического процесса изготовления деталей, сборки изделий; испытания готовых изделий; упаковки и хранения готовых изделий.
Технологический процесс является той частью производственного процесса, во время которого непосредственно происходит последовательное качественное изменение состояние продукта производства.
Проектирование технологического процесса ставит своей целью получение высококачественных изделий электронной техники, отвечающих техническим условиям и чертежам при высокой производительности и экономичности.
Для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, кристаллов и подложек гибридных микросхем от воздействий внешней среды, стабилизации параметров, повышения срока службы и надёжности осуществляют герметизацию в металлических, металлостеклянных, керамических, металлокерамических и пластмассовых корпусах. В отдельных случаях, особенно при защите активных и пассивных элементов гибридных микросхем, производят бескорпусную герметизацию.
При герметизации , а так же эксплуатации в корпуса может попасть некоторое количество влаги, присутствие которой, как уже отмечалось , вызывается со временем изменения их параметров, обусловленные адсорбцией и десорбцией молекул воды поверхностью полупроводника при колебаниях температуры окружающей среду. Чтобы уменьшить влияние переменной влажности на параметры полупроводниковых приборов, в корпуса вводят влогопоглотители цеолиты, адсорбированные осушители (силикагель, активированный оксид алюминия, пористые стёкла и др.) и реактивные поглотители влаги ( щелочные металлы и их гидриды, полугидратированный сульфат кальция, оксид бария и др.
Цеолиты кристаллические алюмонесиликаты натрия или кальция имеют кристаллическую решётку с узкими каналами (диаметром около 0,001 мкм), обладающими высокой сорбционной ёмкостью и способными адсорбировать большие количества веществ при их малых концентрациях в газовых смесях. Расположение на стенках каналов атомы Na+ или Са+ играют роль ионообменных катионов и образуют электростатические поля, обеспечивающие высокое сродство цеолитов с полярными (электрически несимметрическими) молекулами, особенно с молекулами воды. Цеолиты позволяют осушить газ до точки росы 70С и активно поглощают влагу вплоть до 200С. Цеолиты применяются в виде кристаллического порошка, а так же таблеток или шаров различных размеров в смеси с добавками глины. (1520%).
Адсорбционные осушители пористые вещества с сильно развитой поверхностью. Сорбционная емкость их значительно ниже сорбционной ёмкости цеолитов и при повышении температуры резко уменьшается . Недостаток адсорбционных осушителей является зависимость обеспечиваемой ими относительной влажности от количества влаги, содержащейся в корпусе полупроводникового прибора, и температуры окружающей среды.
Реактивные поглотители влаги, обеспечивающие постоянную относительную влажность в корпусе полупроводникового прибора, это химические вещества, способные необратимо поглощать влагу. В качестве реактивных влагопоглотителей применяют тонкоизмельчённые щелочные металлы. Мелкие частицы, получаемые растворением щелочного металла в полуметилсилоксане или неполярных органических растворителях , наносят, погружая прибор в раствор непосредственно перед герметизацией.
Постоянную относительную влажность (ниже 1%) обеспечивает применение в качестве влагопоглотителя безводного сульфата кальция в смеси с полугидратированным сульфатом кальция. Так как две кристаллические фазы находятся в замкнутом объёме, при определённой температуре устанавливается равновесие между полугидратом сульфата кальция, с одной
стороны, и безводным сульфатом кальция м парами воды с другой стороны. Равновесие, а следовательно, и содержание влаги в газовой фазе остаётся постоянным независимо от общего содержания в корпусе прибора. Тоглько после того как безводная фаза полностью исчезнет (превратится в гидратированную), добавление влаги резко повышает относительную важность.
Эффективное влагопоглощение (постоянную относительную влажность 0,2%) обеспечивает также смесь окиси бария с полугидратом сульфата кальция. На рис 65 приведены зависимости относительной влажности, обеспечиваемой реактивными и адсорбционными влагопоглотителями, от количества воды в корпусе прибора (кривые построены для замкнутого объёма 1 см3, в котором имеется 100 мг влагопоглотителя). Относительная влажность в объёме в состоянии установившегося равновесия зависит от типа влагопоглотителя и количества воды.
Использование химических влагопоглотителей при герметизации полупроводниковых приборов и микросхем повышает стабильность их эксплуатационных характеристик и улучшает параметры.
Наряду с защитой полупроводниковых приборов и микросхем помещением их в корпус применяют герметизацию полимерными оболочками. Разработка эффективных способов пассивации поверхности полупроводников плёнками неорганических диэлектриков (оксидов, нитридов, легкоплавких стёкол и др.), а так же различных полимерных компаундов и пресс порошков, обладающих высокими защитными свойствами, позволила широко использовать этот метод в производстве полупроводниковых приборов и микросхем.
Герметизация приборов и микросхем полимерными оболочками требует гораздо меньших (в 2-4 раза) затрат, чем помещение их в металлические, стеклянные и металлокерамические, металлостеклянные и другие корпуса, и обеспечивает высокую механическую прочность и большую стойкость к вибрациям и ударам. Кроме того, использование полимерных оболочек позволяет получать полупроводниковые приборы с малым отношением объёма прибора к объёму его активной части.
Для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем используют полимерные материалы на основе эпоксидных, кремнийорганических и полиэфирных смол, которые должны:
быть механически прочными, выдержать определённые ударные нагрузки, вибрацию и ускорение, а так же обладать термостойкостью в диапазоне от 60 до +150 С;
обладать высокими диэлектрическими свойствами (малыми диэлектрическими потерями, высокими удельным сопротивлением и электрической прочностью);
быть химически стойкими к воздействию различных химических реактивов, применяемых при сборке приборов;
не содержать примесей, ухудшающих параметры приборов;
легко поддаваться формовке и иметь малую усадку при отверждении;
быть дешевым;
обеспечивать товарный вид изделия.
Стабильность параметров и надежность полупроводниковых приборов, герметизированных полумерами , определяются изменениями, которые происходят на поверхности полупроводника при проникновении влаги через полимерную оболочку, а также наличием примесей в полимерном материале и внутренним механическими напряжениями, возникающие в герметизирующем слое. Внутренние механические напряжения, возникающие в полимерной оболочке, обусловленные усадкой материала при отверждении и разностью значений коэффициентов температурного расширения полимера и полупроводникового материала, соответственно делит на усадочные и термические.
Усадка полимера при отверждении происходит вследствии испарения растворителя, если оболочку получают из раствора, или кплотнения, если отверждение происходит полимеризацией. Так, как в процессе усадки объём оболочки уменьшается, в ней могут возникнуть только напряжения растяжения. При охлаждении системы полупроводникполимер, отверждённой при высокой температуре, возникают термические напряжения, также являющиеся напряжениями натяжения. Внутренее механическое напряжения могут вызвать растрескивание и отслаивание полимерной оболочки от полупроводникового кристалла, то есть нарушение герметичности, возникновение механических напряжений в полупроводниковом кристалле, существенно влияющих на электрические характеристики p-n-переходов, нарушение монтажных межсоединений внутри полимерной оболочки и повышение её газо- и влагопроницаемости.
Так как при длительной работе полупроводниковых приборов в полимерном материале могут протекать процессы старения, сопровождающиеся изменением его пластичности и прочности, необходимо использовать полимерные материалы, сохраняющие работоспособность в течение длительного времени. Чтобы обеспечить достаточную работоспособность полимерных оболочек и максимально уменьшить внутренние напряжения, необходимо процесс отверждения проводить при строго контролируемой температуре в наиболее благоприятном диапазоне.
Методы защиты р-п-переходов полупроводниковых кристаллов и пластин.
В процессе хранения и эксплуатации ИМС подвергаются внешним воздействиям, которые обусловлены чаще всего изменением температуры или влажности окружающей среды, увеличением или уменьшением атмосферного давления, присутствием активных веществ в окружающей атмосфере, наличием вибраций, ударов и других факторов. Для защиты полупроводниковых приборов от таких воздействий предусматривается комплекс специальных мер. Наиболее широкое распространение в настоящее время получили два способа защиты полупроводниковых структур: бескорпусная защита и корпусная защита (с использованием различных типов корпусов).
Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бес корпусной защиты определяется в первую очередь назначением и требованиями, предъявленными к защищаемой микросхеме. Например, если предусматривается защита сборочной единицы, в состав которой входит бескорпусная микросхема, то предварительно производится лишь промежуточная технологическая защита микросхемы, обеспечивающая стабильность её параметров на этапе изготовления. Если же бескорпусная микросхема выпускается в виде самостоятельного изделия, то её защита осуществляется с учётом всего комплекса климатических и механических воздействий, предусмотренных техническими условиями эксплуатации на данную микросхему.
Особое требование в случае бескорпусной защиты предъявляются к химической частоте и термостойкости герметизирующих покрытий, к их физико-механическим свойствам, влагопоглащению. Кроме того, герметизирующие материалы должны не только обеспечивать высокую жёсткость создаваемой конструкции, но и устойчивость её к различным видам воздействий.
Для бескорпусной защиты полупроводниковых структур используются в основном неорганические и органические полимерные материалы. Более высокой надёжностью характеризуются покрытия из неорганических материалов, однако, бескорпусная защита на основе органических материалов гораздо дешевле.
Если в процессе эксплуатации или хранения полупроводниковых приборов требуется защита, обеспечивающая их работоспособность в течении промежутка времени, то в этом случае рекомендуется применять корпусную герметизацию. Причём корпуса должны отвечать следующим основным требованиям: обладать достаточной
механической прочностью и коррозионной стойкостью; иметь минимальные размеры; обеспечивать чистоту среды, окружающей полупроводниковый прибор; позволять легко и надёжно выполнять электрическое соединение между полупроводниковым приборами печатной платы, на которую устанавливается полупроводниковый прибор; обеспечивать минимальные паразитные ёмкости и индуктивности конструкции; обеспечивать надёжную изоляцию между токопроводящими элементами; быть герметичными и предотвращать проникновение влаги к защищаемой микросхеме; обеспечивать минимальное тепловое сопротивление между полупроводниковой структурой и окружающей средой ; защищать от воздействий электромагнитного поля и радиоактивного излучения; обеспечивать возможность автоматизации процесса сборки; иметь минимальную стоимость.
Защита поверхности p-n-переходов лаками и эмалями
Защищают p-n-переходы от внешних воздействий тонкими слоями специальных лаков и эмалей, наносимых на место выхода перехода на поверхность. Покрытие плотно сцепляется с поверхностью полупроводника и предотвращает доступ водяных паров, кислорода и др. Достоинством метода является его простота и технологичность.
Защита p-n-переходов методом лакировки имеет ряд недостатков. К основным из них следует отнести то, что применяемые в настоящее время лаки не отвечают требованиям, предъявляемым полупроводниковой технологией : недостаточно влагостойки, плохо переносят резкое изменение температуры окружающей среды, растрескиваются или отслаиваются при низких температурах.
Кроме перечисленных недостатков, следует отметить еще один важный недостаток лаков- их способность создавать в приповерхностном слое полупроводника значительные механические напряжения, что объясняется разными коэффициентами термического расширения лака и полупроводникового материала. Таким образом, качество защиты p-n-переходов и свойства лакированных приборов зависят от свойств лаков.
В качестве исходных материалов для лаков используются кремнийорганические смолы, обладающие высокой влагостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Однако чистые кремнийорганические лаки имеют ряд недостатков ( трескаются при низких температурах, недостаточно сцепляются с полупроводниками, хрупки) , которые устраняют введением модифицирующих добавок и специальных наполнителей. Некоторые свойства наиболее употребительных лаков и эмалей приведены в таб. 26. При выборе защитного покрытия ( лака или эмали ) необходимо исходить из эксплуатационных требований, которые предъявляют к конкретному полупроводниковому прибору.
Важным фактором при защите p-n-переходов лаков является чистота лакируемой поверхности, которая должна быть тщательно протравлена, промыта и высушена. После сушки p-n-переходы переносят в специальных вакуумных эксикаторах в скафандры, в которых носят лак на поверхность кристалла. При нанесении лакового покрытия лак набирают в шприц и осторожно небольшими порциями выдавливают на поверхность полупроводникового кристалла. Для покрытия круглых структур применяют различные полуавтоматические приспособления. Сушат лак в специально выделенных термостатах. Режим сушки зависит от вида лака или эмали, а также типа прибора.
Лак К-1 довольно густая, почти прозрачная масса вязкостью 80100 сСт при 20 С. Плёнка этого кремнийорганического лака после полимеризации при 130150 С в течение не менее 4 ч почти прозрачна и удовлетворительно переносит термоциклирование. Термостойкость около 200 0С. Применяют лак К-1 в основном для защиты сплавных кремниевых p-n-переходов. Наносят лак иглой шприца или тонкой стальной проволокой, окуная ее в тигелек с лаком. При нанесении лак не полностью переходит с иглы ( или проволоки ) на кристалл, что приводит к утолщению ее кончика, которое удаляют, протирая иглу миткалем, смоченным в спирте.
Лак К-55 густая прозрачная вязкая масса желтоватого цвета, приготавливаемая из полиорганосилоксановой смолы. Защитная пленка образуется на поверхности полупроводникового кристалла после обработки при 130-1500С в течении 2-3 ч. Удельное объемное сопротивление пленки при 200С равно 1013 Омсм, а при 200 0С-1012Омсм. После пребывания пленки в атмосфере с повышенной влажностью ( 98%) ее объемное сопротивление снижается до 1011 Омсм. Термостойкость 150-1800С.
Лак К-57 прозрачная вязкая масса светло-желтого цвета.Время высыхания пленки лака при температуре 2000С равно 1-1,5 часа. Удельное сопротивление при 200С равно 1014 Омсм, а при 2000С 1012Ом см. Термостойкость 180-2000С. Пленка обладает высокой влагостойкостью и стойкостью к термоциклическому изменению температуры. Рекомендуемый режим сушки: выдержка 10 часов при 150-1700С.
Лак МК-4У вязкая масса желтого цвета. Связующим веществом является кремнийорганическая смола , модифицированная полиэфирами и эпоксидными смолами, а в качестве наполнителя в смолу вводиться слюда мусковит. Рекомендуемый режим сушки: выдержка 2 ч при 1800С. Удельное объемное сопротивление при 200С равно 1014 Ом*см. Термостойкость 180-2000С.
Защитный лак ПЭ-518 терефталевоглицириновой смолы ТФ-4 в циклогексане; прозрачная жидкость от светло- до темно-жёлтого цвета. Обладает термостойкостью в диапазоне температур от 60 до +100С. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 106 Гц равен 0,04. Удельное объёмное сопротивление равное в обычных условия 1014 Ом*см, после пребывание во влажной среде атмосфере в течении 48 часов снижается до 1012 Ом*см. Применяется для защиты p-nпереходов от воздействия влаги и воздуха.
Защитный лак КО-938В раствор кремнийорганической смолы и толуола, модифицированный полиэфиром; жидкость коричневого цвета. Перед употреблением в лак добавляют сиккатив. Содержание сухого остатка равно 50%. Плёнка высыхает при 150 С в течение 30 мин. Адгезионная прочность 8*104 Н/м2. Электрическая прочность при 20 С равна 75 кВ/мм, при 200 С 40 кВ/мм, а после воздействия влажной атмосферы в течении 48 часов 50 кВ/мм. Удельное объёмное электрическое сопротивление при 20 С равна 1014 Ом*см, а при 200 С 1012 Ом*см. Диэлектрическая проницаемость на частоте 106 Гц при 20 С равна 4, а тангенс диэлектрических потерь при тех же условиях 6*10-4 . Применяется для защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих при температурах до 200 С, а также в качестве адгезионного подслоя для эластичные заливочные компаунды.
Кремнийорганический лак КО-961-п раствор полиметилвинилфенолсилоксилазана в толуоле; бесцветная или светло-жёлтая жидкость без механических примесей. Содержание сухого остатка не привышает 57-63%. Плёнка высыхает при 20 С в течение 60 минут. Электрическая прочность при 20 С равна 85 кВ/мм, а при 150 С 5 кВ/мм. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см, а при 150 С 1012 Ом*см. Покрытия обладают хорошей влагостойкостью и высокими диэлектрическими характеристиками. Тангенс угла диэлектрических потерь 0,003. Диэлектрическая проницаемость 4,5. Лак легко воспламеняется: нижний температурный предел воспламеняемости насыщенных паров в воздухе 8 С, а верхний 36 С. Предельно допустимая концентрация раров лака в
воздухе составляет 1020 мг/м3.
Лак сульфон раствор полисульфонамида на основе изофталеновой кислоты и 3,3-диаминодифенисульфона в диметилацетамиде или диметилформамиде; жидкость желтоватого цвета. Содержание сухого остатка не превышает 15%. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см , при 200 С 1012 Ом*см, а при 48-часовом воздействии влаги (95%) и 55 С 1013 Ом*см. Электрическая прочность при 20 равна 50 кВ/мм. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 103 Гц при температуре 20 С равен 0,02, а диэлектрическая постоянная при тех же условиях 4. Применяется для защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих в интервале температур от 60 до +200 С.
Лак Пан 5%-ный раствор полинитрилоакрилата в диметилформамиде; прозрачная жидкость жёлтого цвета без механических примесей. Вязкость при 20 С равна 80150 сСт. Показатель преломления 1,431,44.
Эмаль АС539 суспензия пигмента свинцового сурика в растворе эпоксидной смолы, ярко-оранжевого цвета. Разбавляется ксилолом. Вязкость при 20 С равна 90100 сСт. Содержание сухого остатка 25%. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1МГц и температуре 20 С не превышает 0,025. Плёнка высыхает при 18-23 С в течение 1 ч, а при 130 С 4 ч. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 5*1014 Ом*см, а после пребывания во влажной атмосфере (98%) в течение 48 часов снижается до 1013 Ом*см. Электрическая прочность 20 кВ/мм. Влагонабухаемость плёнки в течение 48 часов при 18-23 С не превышает 1%. Эмаль устойчива к перепаду температур от 60 до + 125 С . Применяется для защиты полупроводниковых приборов и кристаллов с p-n-переходов от внешних воздействий в интервале температур от 60 до +150 С.
Эмаль КО-97 смесь кремнийорганического лака ФМ-34 и смолы БКМ-5 с добавлением пигментов и наполнителей. Вязкость при 20 С равна 80-100 сСт. Содержание сухого остатка не превышает 48-58%. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см, а при 170 С 1012 Ом*см, а после пребывания во влажной атмосфере снижается до 1011 Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1 МГц при 20 С равен 0,01, а при 170 С повышается до 0,015. Диэлектрическая проницаемость при тех же условиях соответственно равна 3,5 и 5,5. Влагонабухаемость не превышает 1%. Электрическая прочность 20 кВ/мм. Эмаль устойчива к перепаду температур от 65 до +150 С.
Эмаль ЭП-274 суспензия пигментов в эпоксидном лаке ЭП-074. Для разбавления применяется смесь, содержащая 30% ацетона, 30% этилцеллозольва и 40% ксилола. Вязкость 80-100 сСт. Время высыхания плёнки при 150 С равно 1 ч. Содержание сухого остатка лежиит в пределах от 35 до 45%. Применяется для окраски полупроводниковых приборов, эксплуатирующихся в условиях тропического климата, и выпускаются в двух цветов: серого и черного.
Эмаль РПЭ-401 смесь кремнийорганического лака ФМ-ЗУ и раствора смолы БМК-5 в соотношении 5:1, в которую добавляют наполнители: 20% рутила, 20% кварца, 30% слюды и 30% талька. Плёнка высыхает при 200 С в течение 5 часов. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см, при 200 С 1012 Ом*см, а после выдержки во влажной атмосфере (98%) 2,8*1013 Ом*см.
Эмаль ЭС-50 кремнийорганическая смола модифицированная телиэфирами и эпоксидными смолами, в которую в качестве наполнителя вводится рутил. Плёнка высыхает при 180 С в течение 2 часов. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см, при 200 С 1012 Ом*см, а после выдержки во влажной атмосфере (98%) 109 Ом*см.
Компаунды МБК-1 и МБК-3 высокомолекулярные полимерные соединения с добавкой химически активного компонента отвердителя, широко применяемые для защиты германиевых p-n-переходов. Перед использованием компаунды вакуумируют обрабатывают под вакуумом. Плёнка компаунда МБК-1 после полимеризации в течение 10-12 часов при температуре 80-100 С твёрдая, а компаунда МБК-3 эластичная, поэтому устойчивость компаунда МБК-3 к термоциклам значительно выше. Термостойкость компаундов невысока около 150 С. Удельное объёмное сопротивление компаунда МБК-3 1012-1013 Ом*см. Компаунды обладают хорошей адгезией к германию и удовлетворительной влагостойкостью. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц и температуре 20 С равен 6*10-2 для МБК-1 и 5*10-2 для МБК-3. Диэлектрическая проницаемость при тех же условиях соответственно равна 3,3 и 4. Электрическая прочность лежит в пределах 1525 кВ/мм при толщине плёнки 1-1,5 мм температуре 20 С.
Компаунды ГК и ГКН предназначены для пассивации и защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих при температурах от 60 до +220 С. По внешнему виду компаунд ГК (Г гидридсодержащий, К компаунд) бесцветная мутная, а компаунд ГКН (Н с наполнителем) светло-серая жидкость.
Плёнка компаундов после полимеризации выдержке при комнатной температуре 20 ч, а затем при 110 С 2 ч и при 150 С не менее 5 ч эластичная. Удельное объёмное сопротивление при 20 С соответственно равно 1014 и 1015 Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 106 Гц равен 3*10-3, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте 3,5. Электрическая прочность 25 кВ/мм.
Эпоскидные смолы.
Эпоксидными смолами называются олигомеры и полимеры,: СНСН содержащие в микромолекуле эпоксидные группы / ,,
Эпоксидные смолы представляют собой группу искусственных смол, получаемых в результате реакции хлорированных глицеринов;
с двухатомными или многоатомными фонолами в щелочной среде, Обычно для получения эпоксидных смол используют эпихлоргидрин или дихлоргидрин глицерина с резорцином или дифенилолпроданом. В первом случае получают резорциновые смолы, во вто-Ч ром дйановые, которые как менее токсичные и более дешевые получили наибольшее распространение. Молекулярная масса эпоксидных смол может меняться от нескольких сотен до нескольких тысяч в зависимости от соотношения в них исходных компонентов.
В табл. 27 приведены данные по влиянию соотношения эпихлоргидрина глицерина и дифенилоляропана на молекулярную! массу и, температуру размягчения эпоксидных смол. 1|
Эпоксидные смолыэто жидкие или низкоплавкие продукты! легко растворимые во многих органических растворителях (аце-тоне, толуоле, хлорированных углеводородах и др.), нерастворимые в воде и мало растворимые в спиртах. С увеличением молекулярной массы растворимость эпоксидных смол уменьшается. Неотвержденные эпоксидные смолы имеют ограниченное применение
Эпоксидные смолы, полученные взаимодействием эпихлоргидрина или дихлоргидрина с многоатомными фонолами, резорцином, анилином, аминами, гликолями, можно разбить на три основные группы: диэпоксидные, полиэпоксидные и алифатические диэпоксидные
Таблица 27. Свойства эпоксидных смолХарактеристикаСостав смолыIиIIIIVОтношение молей эпихлоргадрина глицерина к дифенилолпропану ............2,6:1
27 4832,0:1 43 6501,5:1 77 903,1,2:1 99 1415-Температура размягчения, С .......Молекулярная масса ..........
К диэпоксидным относятся смолы на основе дифенилолпропана (ЭД-5, ЭД-6, Э-37)), диаминодифенилметана (ЭМДА) фенолфталеина (ЭФФ) и азотсодержащие на основе анилина (ЭА), к полиэпоксидным
смолы на основе эпоксиноволаков (ЭН-5, ЭН-6), полифенолов (ЭТФ) и эпоксициануратные на основе циануровой кислоты (ЭЦ), а к алифатическим диэпоксидным смолы на основе алифатических аминов (Э-181, ДЭГ-1, ТЭГ-1 МЭГ-1 и ЭЭТ-1).
В полупроводниковом производстве для приготовления различных компаундов для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных схем широкое применение находят эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6, Э-37, ЭЦ и Т-10.
Смола ЭД-5 вязкая светло-коричневая жидкость, продукт конденсации дифенилолпропана (температура плавления 140 142 С, содержание свободного фенола не более 4%) с эпихлор-гидрином глицерина. Молекулярная масса 360470. Температур размягчения 0С. Время отверждения с гексаметилендиамином при 120 С равно 10 мин. Содержит 20% эпоксидных групп и 2,5% летучих соединений. Мольное соотношение эпихлоргадрина и дифенилолпропана 5:1.
Смола ЭД-6 прозрачная вязкая жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета, продукт конденсации дифенилолпропана и эпихлоргидрина в присутствии щелочи. Молекулярная масса 480600. Температура размягчения 10 С. Содержит от 14 до. 18% эпоксидных групп и 1% летучих соединений. Мольное соотношение эпихлоргидрина и дифенилолпропана 2,5:1.
Смола Э-37сиропообраэная жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета, продукт взаимодействия дифенилолпропана и эпихлоргидрина. Молекулярная масса 600800. Температура размягчения 5070 С. Содержит от 11 до 17% эпоксидных групп, 0,5% летучих соединений и 0,005 ионов хлора. Мольное соотношение эпихлоргидрина и дифенилолпропана 1,2:1.
Смола ЭЦ густой вязкий или твердый хрупкий материал от желтого до коричневого цвета,, продукт конденсации циклического тримера циануровой "кислоты с эпихлоргидрином. Молекулярная масса 400600. Температура размягчения 7080^С. Содержит 30% эпоксидных групп,- 1,5% летучих соединений, 5% хлора и 0,1% ионов хлора.Смола Т-10прозрачный вязкий материал от желтого до -коричневого цвета, продукт модификации смолы ЭД-6 полиорга носилоксаном Молекулярная масса 300700 Температура раз-1 мягчения 6070 С Содержит от 11,5 до 14,5% эпоксидных групп' и 97% сухого остатка Применяется для приготовления заливочных составов для изделий электронной техники, работающих в интервале температур от 60 до +220 С При комнатной темпера туре смола не токсична а при ] 220 С
не огнеопасна Полностью | растворяется в ацетоне 3
Широкое применение эпоксидных смол обусловлено исключи тельно ценным комплексо свойств, присущих этой группе I искусственных соединений (рис 43) Основные положительные качества эпоксидных смол за-ключаются в том, что на их ос нове получают жидкие и твердые | материалы, которые отвержда- ются как при комнатной, так и при повышенной температуре без образования пузырей .
В качестве отвердителей для эпоксидных смол могут быть ис-
Рис 43 Зависимость свойств эпоксид ных смол от частоты и температуры
в тангенса угла диэлектрических потерь б объемного и поверхностного удельного сопротивления е диэлектрической проницае мости
пользованы алифатические и аро- % магические амины, пиперидин и ангидриды кислот Алифатические амины диэтилентриамин и триэтилентетрамин характеризуются тем, что при добавлении их в эпоксидную смолу отверждение ее происходит при комнатной температуре Однако при повышенных температурах наблюдается ухудшение электро-физических свойств пластмасс Добавление к эпоксидным смолам ;
ароматических аминов метафенилендиамина, метилендиамина или диаминдифенила позволяет получать пластмассы, отвержде- ние которых происходит при повышенной температуре (4060 С),^ и использовать их при более высоких рабочих температурах, чем смолы с алифатическими аминами Введение в эпоксидную смолу пиперидина дает температуру отверждения порядка 100 С . Для получения пластмасс, стойких к повышенным температурам, 1 в эпоксидную смолу добавляют ангидриды кислот (например, гидрид метилгексановой кислоты)
Отвердители придают эпоксидной смоле определенные специ- фические свойства, необходимые для конкретных целей применения Свойства эпоксидных смол после введения в них отвердите
лей зависят не только от рода отвердителя, но и от его количества. Избыток отвердителя (как "и его недостаток) может отразиться на свойствах конечного продукта Так, избыток аминов, особенно с высокой температурой кипения, приводит к тому, что полученные пластмассы способны вызывать коррозию некоторых металлов (меди, латуни и др ) Количество отвердителя может^ отразиться также на физико механических и электрических свойствах отвержденной смолы Таким образом, в зависимости от вида и количества введенного в смолу отвердителя можно получать термореактивные продукты с высокой химической стойкостью, механический прочностью и стабильностью электрических параметров
Для отверждения эпоксидных смол широкое применение находят следующие материалы (отвердители)
Диэтилентриамин (ДЭТА) жидкость желтого цвета Молекулярная масса 103 Температура кипения 206 С Содержит 27,2% первичных аминов и 12,8% -вторичных Температура совмещения лежит в пределах от 20 до 40 С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 8 до 12 ч продукта Время отверждения при 100 С равно 6 ч
Гексаметилендиамин (ГМДА)жидкость темно-желтого цвета Молекулярная масса 116 Температура плавления 42 С, а кипения 200 С Содержит 24% азота Температура совмещения лежит в пределах от 40 до 60 С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 10 до 15 ч продукта Время отверждения при 25 С равно 5 сут, при 80 С10 ч, при 120 С3 ч
М-Фенилендиамин (МФДА) жидкость желтого цвета Молекулярная масса 108 Температура плавления 60 С, а кипения 280 С Температура совмещения лежит в пределах от 60 до 90 С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 10 до 14 ч продукта Время отверждения при температуре 80 С равно 8 ч, а при 120 С2 ч
Дициандиамид (ДЦДА) бесцветная жидкость Молекулярная масса 84 Температура плавления 200 С Цри нагревании разлагается Содержит 65% азота Температура совмещения лежит в пределах от 150 до 170 С Д'ля отверждения 100 ч смолы необходимо от 15 до 20 ч продукта Время отверждения при температуре 170 С равно 40 мин
Триэтаноламин (ТЭА) бесцветная жидкость Молеку лярная масса 149 Температура кипения лежит в диапазоне от 170 до 225 С, а температура совмещенияв диапазоне от 40 до 80 С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 15 до 20 ч продукта Время отверждения при температуре от 80 до 100 С
равно 6 ч
Диметиланилин (ДМА).жидкость коричневого цвета Молекулярная масса 121 Температура китгения 192 С Температура совмещения 60 С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 0,05 до 0,5 ч продукта Время отверждения при температуре 20С равно 8 ч
Отвердитель Л 18прозрачная вязкая жидкость от желЗ того до темно-коричневого цвета. Для отверждения 100 ч. смолы, используют от 20 до 80 ч. продукта.
Малеиновый ангидрид (МА) 1 С4НаОз бесцветные/ игольчатые кристаллы или чешуйки белого цвета, растворимые^ в воде. Молекулярная масса 98,06. Выпускается марка ЧДА. Температура плавления 5254 С. Температура совмещения лежит в пределах
от 55 до 60 С. Для отверждения 100 ч. смолы' необходимо 0,851 ч. продукта. Время отверждения при 120 С равно 2 ч, а при 150 С10 ч.
Фталевый ангидрид (ФА) С8Н40з порошок белого цвета. Молекулярная масса 148,11. Температура начала плавле-^' ния 130 С. Температура совмещения лежит в пределах от 135 до 145 С. Для отверждения 100 ч. смолы необходимо 3"ч. ангидрида. Время отверждения при 120150 С равно нескольким часам.
Метилтепрагидрофталевый ангидрид (МТГФА) СдНщОзбелый кристаллический порошок или белые с кремовым оттенком чешуйчатые пластинки. Растворяется в эфире, ацетоне. Труднее растворяется в спирте. Не растворяется в воде. Молекулярная масса 166,179. Температура плавления 6065С. Вязкость при температуре 90 С равна 30 сСт. Температура^ совмещения лежит в пределах от 60 до 80 С. Для отверждения 100 ч. смолы необходимо 4 ч..продукта. Время отверждения при 120 С равно 3 ч, а при 150^С15 ч. Применяется в качестве отвердителя при горячем отверждении эпоксидных смол или со- , ставов на их основе. Выпускается марка Ч с содержанием чисто- | го продукта 99%. 1
Тетрагидрофталевый' ангидрид (ТГФА) кристал-1 лический порошок белого цвета. Молекулярная масса 152. Тем--1 пература плавления 98101 С. Температура совмещения лежит ^ в пределах от 100 до 110 С. Для отверждения 100 ч. смолы не- 1 обходимо от 2 до 4 ч. продукта. Время отверждения при 120 С < равно 2 ч, при 130 С3 ч, а при 150 С6 ч.
Отъ-ердитель УП-575 жидкость от светло- до темно-коричневого цвета, продукт конденсации гексаметилендиамина ' с циклогексаноном. Показатель преломления лежит в пределах от 1,49 до 1,51. Применяют для приготовления пластмассы с тем- :
пературой отверждения выше 20 С. Увеличивает жизнеспособ- , ность композиций.
Отвердитель АФ-2вязкая жидкость красно-коричнево- 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 11001200С 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.
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 исключить конденсацию на поверхности трубы хлорида амония.