Формовка и обрезка выводов

Одно из основных требований, которому должен удовлетворять корпус ИС, — сохраиенне внутри него относительно сухой атмосферы в течение всего срока службы.

Любая поверхность вещества при нормальных условиях покрыта тоикой пленкой влаги толщиной от 0,01 до 0,001 мкм. Из-за малых размеров моле­кулы (2,7−10_ 10 м) и малой вязкости воды влага способна проникать даже в межмолекулярные промежутки сложных неорганических соединений. При этом происходят механическое разрушение материалов, изменение электрических свойств поверхностей, коррозия металлов н их сплавов. Чтобы избежать этого, герметизацию корпусов микросхем обычно проводят в атмосфере сухого азота, где содержание воды не превышает 10 частей на миллион.

Металлы, стекло и керамика, используемые для изготовления корпусов ИС, практически газо- и влагонепроницаемы. Большинство пластмасс в той нлн иной степени гигроскопично. Чтобы сохранить сухую инертную атмосферу внут­ри корпуса, его швы между разнородными материалами должны быть макси­мально герметичными. Согласно принятым нормам через спай с хорошей гер­метичностью при разности давления в 1 атм в течение 30 лет натекает не бо­лее 1 см3 газообразного гелия (практически это означает абсолютную возду­хонепроницаемость) .

Соединение металлов с металлами осуществляют пайкой с мягкими или твердыми припоями, горячей нли холодной сваркой нлн их комбинациями. Спаи стекла со стеклом или керамикой осуществляют либо плавлением их при вы­соких температурах, либо склеиванием более легкоплавким стеклом. Гермети­зация металлостеклянных спаев, с помощью которых от корпуса ИС электри­чески изолируются выводы, представляет сложную техническую задачу. Это связано с тем, что большинство обычных стекол имеет низкие температурные коэффициенты линейного расширения (ТКР) н теплопроводности, тогда как в своем большинстве металлы хорошо проводят тепло н имеют большие коэф­фициенты линейного расширения. Различие в скоростях нагрева и остывания стеклянных и металлических частей спаев н несоответствие коэффициентов ли­нейного расширения приводит к механическим напряжениям и повреждению спаев. Применительно к условиям эксплуатации ИС стекло и металл считаются совместимыми, если разность их коэффициентов линейного расширения не пре­вышает 4−10−7 Г/С [10].

Обычно для герметизации выводов ИМ в месте их выхода из корпуса при­меняются кристаллизующиеся стеклянные припон (например, типа «пирокерам»). Технология получения такого герметичного соединения методом пайкн основана на образовании стеклокерамического соединения с кристаллизацией боро-свии-цово-цинкового стекла. Прн этом методе стекло от иагрева расплавляется и растекается, хорошо смачивая совмещенные поверхности керамики, стекла и металлов (подобно тому, как металлический припой смачивает и соединяет между собой металлические детали при обычной пайке).

При дальнейшем иагреве припойное стекло начинает «расстекловываться», происходят образование центров и кристаллизация материалов шва. Размеры образующихся кристаллов пропорциональны времени н температуре процесса. Прочность такого шва герметизации обусловлена его кристаллической структурой  вдвое превышает прочность шва из аморфного стекла. Кроме того, при механических нагрузках в спаях с некрнсталлизующнмся стеклом образуются мнкротрещины, которые создают пути натекания влаги в корпус через стекло. В кристаллизующемся же спае микротрещнны оканчиваются на кристаллах и не проходят через спай. Регулируя содержание кристаллической фазы материала шва, можно изменять его ТКР от 40-Ю-7 до 120-Ю-7 1/°С, что хорошо согла­суется со значениями ТКР для большого числа стекол, керамнк и металлов, используемых Для изготовления частей корпусов.

Наиболее часто в качестве материала для выводов ИС используется сплав ковар (железо, никель н кобальт) нлн сплав снлмет (железо, никель и хром). Эти сплавы имеют малые значения ТКР, хорошо согласованные в рабочем и технологическом диапазоне температур с коэффициентами расширения боль­шинства стекол (для ковара ТКР составляет 47-Ю-7 1/°С, а для стекла — 46-Ю-7 1/°С).

Существенная особенность большинства типов корпусов ИС заключается в том, что некоторая часть длины вывода находится под наплывом стекла (нли керамики). Прн формовке выводов нельзя повреждать эти наплывы изоляции.

К корпусу ИС предъявляются противоречивые требования. Так, корпус должен обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие прн производстве аппаратуры и ее эксплуатации, и в то же время он дотжен иметь минимальные размеры, причем форма корпуса должна способствовать получению наибольшего выигрыша по плотности мон­тажа РЭА. С этим противоречием необходимо считаться, обеспечивая комплекс технических мероприятий, направленных на сохранение надежности микросхем при конструировании и производстве аппаратуры.

При выполнении технологических операций по подготовке ИС к монтажу на печатную плату (рихтовка, формов­ка и обрезка выводов) выводы подвер­гаются растяжению, изгибу и сжатию. Прн этом растягивающее уснлне Piпри­ложено к наиболее чувствительной к механическим воздействиям зоне корпу­са— гермовводу (рис. 7.1(1). Если рас­тягивающее усилие будет чрезмерным, в месте заделки выводов в корпус мо­гут возникнуть трещины по стеклу или керамике тела корпуса, приводящие к немедленной или, что еще хуже, посте­пенной разгерметизации корпуса.

Конструкция штампа для формовки и обрезки выводов (рис. 7.12) должна обеспечивать создание независимых и последовательных усилий прижатия Рг, формовки Paи обрезки Р4. Величины этих усилий подбираются так, чтобы обес­печить целостность гальванического покрытия выводов, приложить минимальное растягивающее усилие вдоль оси вывода и получить заданную конфигурацию формовки При формовке и обрезке выводов ИС допускаются следы (отпе­чатки) от инструмента на выводах ИС, не приводящие к нарушению гальва­нического покрытия. В табл. 7.9 приведены допустимые значения усилий при­жатия и формовки, при которых нарушение гальванического покрытия выводов не приводит к коррозии. В зависимости от сечения выводов ИС растягивающее усилие Pi не должно превышать значений, указанных в табл. 7.10.

Конструкция штампа должна обеспечивать жесткое крепление каждого вы­вода ИС вне зоны наплыва стекла или керамики. Участок вывода на расстоя­нии 1 мм от тела корпуса не должен подвергаться изгибающим и крутящим деформациям. При формовке должны быть соблюдены допустимые радиусы изгиба. Формовку выводов ИС прямо­угольного поперечного сечения необхо­димо производить с радиусом изгиба не менее двух толщин вывода, а выводов круглого сечения —с радиусом не менее двух диаметров.

Обрезать незадействованные внутри корпуса выводы ИС нли выводы, ко­торые не используются в схеме ее применения и не влияют на работоспособ­ность ИС, можно иа расстоянии 1,0 мм от тела корпуса, однако следует учесть, что по выводам от ИС (особенно малого размера) отводится значительная часть тепла.

В типично неправильной конструкции технологического приспособления фор­мовки выводов корпусов типа 4 (рис. 7.13,6) не оставлен зазор (не менее 0,5 мм от тела корпуса), необходимый для сохранения в целости керамики. Штамп такой конструкции может нарушать герметичность корпуса ИС.