Герметизация компонентов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Способы контроля герметичности

Содержание

Слайд 2

Герметизация компонентов РЭА. Способы контроля герметичности.

Радиоэлектронная аппаратура эксплуатируется в различных климатических

Герметизация компонентов РЭА. Способы контроля герметичности. Радиоэлектронная аппаратура эксплуатируется в различных климатических
условиях и на надежность ее работы оказывают влияние такие параметры окружающей среды, как температура, влажность, наличие микроорганизмов, пыли, радиации.
Все методы герметизации можно условно разделить на две группы: бескорпусную и корпусную герметизацию.

пропитка, обволакивание, пассивирование, литьевое прессование

в корпусах из неорганических материалов, опрессовка, заливкой и капсулированием

Слайд 3

Вне зависимости от метода герметизации для обеспечения качества и эффективности процессов необходимо

Вне зависимости от метода герметизации для обеспечения качества и эффективности процессов необходимо
выполнить следующие условия:

Тщательно очистить изделия от всех видов загрязнений и полностью удалить присутствующую в них влагу;
При выборе материалов предпочтение следует отдавать химически чистым, с низким значением влагопроницаемости и высокой нагревостойкостью;
Температурные коэффициенты линейного расширения герметизирующих материалов, материалов корпусов и электрических выводов должны быть максимально сближены;
Режим отверждения герметичных материалов необходимо выбирать в зависимости от температуры эксплуатации изготовленных изделий с учетом нагревостойкости применяемых материалов и предельно допустимой температуры ЭРЭ;
Остаточные напряжения не должны превышать прочность на разрыв герметизируемого материала; изделия, чувствительные к механическим усилиям, возникающим при отверждении, рекомендуется покрывать демпфирующим слоем из эластичного материала;
В процессе эксплуатации герметизированных изделий не должно происходить выделения летучих веществ и должен быть обеспечен нормальный температурный режим работы;
Процессы приготовления герметизирующих смесей не должны загрязнять исходные материалы, а используемые растворители удалены при полимеризации.

Слайд 4

Структура процесса герметизации

Структура процесса герметизации

Слайд 5

Корпуса предназначены для защиты элементов и компонентов ИС от климатических (влага, газы)

Корпуса предназначены для защиты элементов и компонентов ИС от климатических (влага, газы)
и механических воздействий и светового облучения. Корпус обеспечивает эффективный отвод тепла от тепловыделяющих элементов и компонентов микросхемы. Металлический корпус осуществляет также экранирование от воздействия электростатических, а в некоторых случаях и магнитных полей. Корпус имеет выводы, с помощью которых микросхему монтируют на печатную плату. Контактные площадки платы ИС электрически соединены с выводами корпуса.
В зависимости от материалов корпуса делятся на следующие типы: стеклянные, керамические, пластмассовые, металлостеклянные, металлокерамические, металлополимерные, стеклокерамические.
Герметичность корпуса достигается
применением непроницаемых для влаги
и газов материалов и вакуумплотным
соединением этих материалов.

Корпусная герметизация

Слайд 6

В зависимости от конструкции корпуса, применяемых материалов и особенностей микросхемы используют следующие

В зависимости от конструкции корпуса, применяемых материалов и особенностей микросхемы используют следующие
методы герметизации:
1. Cварка:
Холодная сварка;
Электроконтактная конденсаторная сварка (ЭКС);
Аргонно-дуговая сварка;
Термокомпрессионная сварка;
Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН);
Сварка сдвоенным (расщепленным) электродом;
Ультразвуковая сварка;
Роликовая сварка;
Электроннолучевая сварка;
2. Пайка
Пайка припоями;
Пайка стеклом;
3. Заливка
4. Опрессовка
5. Герметизация капсулированием
6. Герметизация в вакуум-плотных корпусах.

Герметизация

Слайд 7

Бескорпусную герметизацию выполняют пропиткой, обволакиванием герметиком, заливкой полимером, а также опрессовкой расплавленным

Бескорпусную герметизацию выполняют пропиткой, обволакиванием герметиком, заливкой полимером, а также опрессовкой расплавленным
термопластическим или термореактивным материалом.

Обволакивание - наиболее простой способ, при котором каплю герметика наносят на сборку или кратковременно погружают сборку в герметик. Этот способ используют для предварительной защиты изделий перед заливкой или опрессовкой.
Заливку выполняют в специальные многократного использования литьевые формы из силиконовой резины. Заливка может быть свободной или в вакууме.
Литьевое прессование является наиболее совершенным способом создания бескорпусных оболочек, применяемым в серийном производстве. Этот способ основан на использовании разъемных пресс-форм и пресс-порошков, получаемых из эпоксидных и кремнийорганических смол или их композиций.

Слайд 8


Пропитка - процесс герметизации гигроскопичных (поглощение влаги) изделий путем заполнения пор,

Пропитка - процесс герметизации гигроскопичных (поглощение влаги) изделий путем заполнения пор, капилляров,
капилляров, трещин, воздушных зазоров диэлектрическими материалами, которые после обработки могут оставаться жидкими, застывать или отвердевать. Проводится при атмосферном давлении (открытая пропитка), в вакууме, путем чередования пониженного и повышенного давления (циклическая пропитка) под действием центробежных сил и ультразвука.
Обволакивание - процесс получения защитных покрытий путем погружения изделия в жидкий лак или компаунд и последующего их отверждения. Он нашел широкое применение в массовом производстве из-за простоты реализации и экономичности оборудования.
Заливка - это процесс заполнения лаками, смолами или ком­паундами свободного пространства между изделием и специальной съемной формой. Он проводится в вакууме (остаточное давление 4…6,5 кПа) при атмосферном или повышенном давлении.

Слайд 9

Наиболее дешевыми являются полимерные корпуса, получаемые путем опрессовки микросхемы компаундом. Полимерные

Наиболее дешевыми являются полимерные корпуса, получаемые путем опрессовки микросхемы компаундом. Полимерные корпуса
корпуса используют в основном для толстопленочных гибридных и полупроводниковых интегральных микросхем, работающих в нормальных условиях (промышленная и бытовая аппаратура).
Опрессовку микросхем осуществляют методом литья под давлением во временные формы компаундов горячего отверждения. Ввиду давления и высокой температуры требуется предварительная защита собранного узла (особенно проволочных перемычек) с помощью компаундов холодного отверждения.

Слайд 10

Герметизация способом капсулирования: а - изделие со штыревыми выводами; б - односторонний

Герметизация способом капсулирования: а - изделие со штыревыми выводами; б - односторонний
пенальный корпус; в - двусторонний: 1 – капсула; 2 – подложка; 3 – герметизирующий компаунд; 4 – вывод; 5 – прокладка

Герметичность металлополимерного корпуса в целом во многом определяется герметичностью выводов в плате.
Качественная металлизация площадки платы около выводов и хорошее лужение обеспечивают герметичность корпусов.

Слайд 11

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ

Методы выходного контроля разделяются на две группы: неразрушающие и

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ Методы выходного контроля разделяются на две группы: неразрушающие и
разрушающие.
К группе неразрушающих методов относятся: контроль внешнего вида на отсутствие пор, трещин, сколов, газовых включений, определение геометрических параметров и физико-механических характеристик (внутренних напряжений, влагопроницаемости, теплопроводности и др.), проверка функционирования и герметичности.
При разрушающем контроле изделие после испытаний вскрывают и проверяют наличие обрывов и коротких замыканий токопроводящих элементов, следов коррозии, возможные каналы потери герметичности.
Для оценки герметичности разработан ряд методов (жидкостной, масс-спектрометрический, галогенный, радиоактивный, электронного захвата и др.), каждый из которых характеризуется своей чувствительностью. Выбор метода контроля определяется требованиями к степени герметичности, направлением и величи­ной газовой нагрузки на оболочку, пробными веществами, допустимыми к применению, и экономичностью. Процедура испытания строится на последовательной отбраковке изделий с большими течями и переходе на контроль малых течей.

Слайд 12

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ

Наиболее точным является радиоактивный метод (чувствительность 10-8…5*10-9 мкм рт.ст.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ Наиболее точным является радиоактивный метод (чувствительность 10-8…5*10-9 мкм рт.ст.
-л/с). Образцы, подлежащие испытанию, герметизируются в ат­мосфере сжатого радиоактивного газа (например, Кг85). При испытании с помощью счетчиков регистрируется интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из кор­пуса. Вследствие сложности и высокой стоимости этот метод используется только в экспериментальном производстве (отработка конструкции корпуса или технологии герметизации).
Масс-спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым течеискателем гелия, предварительно введенного в корпус прибора. Применение гелия обуслов­лено его высокой проникающей способностью (малые размеры молекул). Чувствительность метода определяется чувствительностью течеискателя. Высокая проникающая способность гелия затрудняет обнаружение больших течей, так как к моменту испытания гелий может полностью вытечь из корпуса. Поэтому для образцов, подлежащих испытанию, целесообразно вводить гелий после герметизации, но непосредственно перед испытанием. Macс-спектрометрический метод целесообразен только для выборочного контроля.

Слайд 13

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ

При проверке герметичности вакуум-жидкостным методом микросхемы поме­щают в емкость

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЕРМЕТИЗАЦИИ При проверке герметичности вакуум-жидкостным методом микросхемы поме­щают в емкость
с керосином или уайт-спиритом, над которым создается разрежение (10…15 мм рт. ст.). Вытекающий из корпуса газ (непрерывная струйка пузырьков) позволяет определить не только интенсивность, но и место расположения течи. Чувствительность метода 5*10-3 мм. рт. ст. Он является весьма распространенным в производстве для выборочного метода контроля.
Компрессионно-термический метод отличается от предыдущего тем, что испытуемые микросхемы погружают в нагретое масло. При этом давление газа внутри корпуса повышается и чувствительность метода несколько увеличивается (4*10-3 мм. рт. ст.).

Слайд 14

БСС, ФСС

Разработаны и выпускаются стекла двух типов: некристаллизующиеся (vitreous glasses) и кристаллизующиеся

БСС, ФСС Разработаны и выпускаются стекла двух типов: некристаллизующиеся (vitreous glasses) и
(crystallising glasses). Некристаллизующееся монолитное, обычно прозрачное стекло при нагревании и охлаждении сохраняет стеклообразное состояние. Кристаллизующееся стекло при нагревании в области температур кристаллизации превращается в стеклокерамику в результате образования кристаллической фазы. Эти стекла имеют более высокие механическую прочность и допустимую температуру нагрева.
Кроме того, разработаны различные композиции стекол разного состава и стекла с керамическим наполнителем.
Выпускаются следующие изделия из стекла:
1. Горячетянутые трубки, капилляры и штабики (стержни) из стекла различных марок. Трубки и капилляры изготавливают с точностью наружного и внутреннего диаметров ±0,05 мм.
2. Порошки из стекла различных марок. Порошки получают сухим или мокрым (в воде или в спирте) помолом в шаровых мельницах. После помола стекло просеивают через сита со стандартными размерами ячеек. Для порошков основным параметром является распределение частиц по размерам — PSD (particle size distribution). PSD характеризуется величиной максимально допустимого (D99) и среднего (D50) размеров частиц.

Слайд 15

БСС, ФСС

Чем мельче порошок, тем сложнее его изготавливать и тем дороже он

БСС, ФСС Чем мельче порошок, тем сложнее его изготавливать и тем дороже
стоит. Для кристаллизующихся стекол размеры частиц порошка особенно сильно влияют на КЛТР, вязкостные свойства и прочность стекла.
3. Прессованные и спеченные стеклотаблетки и таблетки из монолитного стекла (glass preforms).
4. Стеклянные диски.
5. Пасты на основе стеклянного порошка.
6. Структурированные стеклянные подложки.
7. Прессованный гранулят.

Слайд 16

1. Основное назначение стекла в электронике — получение герметичных спаев с металлами и керамикой.

1. Основное назначение стекла в электронике — получение герметичных спаев с металлами
Такие спаи применяют при изготовлении транзисторов, диодов, тиристоров, корпусов интегральных схем, низкочастотных и высокочастотных вводов, коаксиально-микрополосковых переходов и др. Для этой цели используют предварительно изготовленные стеклотаблетки из монолитного или прессованного и спеченного стекла.
2. Стеклоприпои различных размеров и формы применяют для герметизации откачиваемых электронных приборов, для герметичной установки зеркал лазеров, панелей дисплеев и др. 3. Специальные стеклянные порошки используют в составе серебряных и алюминиевых паст для солнечных батарей.
4. Порошки стекол с низкими диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь применяют при создании многослойной низкотемпературной керамики LTCC (low temperature co-fired ceramic).
5. Порошковое стекло входит в состав различных паст для толстопленочной металлизации диэлектриков.
6. Пассивирующие стекла с низким содержанием щелочей и железа применяют в производстве высоковольтных транзисторов, диодов, тиристоров, термисторов для механической и химической защиты поверхностей полупроводниковых структур.
7. Стеклянные подложки и окна выводов энергии применяют в изделиях микроэлектроники.

Область применения

Слайд 17

БСС, ФСС

ОСТ11027.003-73 - все стекла подразделяют на семь классификационных групп в зависимости

БСС, ФСС ОСТ11027.003-73 - все стекла подразделяют на семь классификационных групп в
от диапазона значений КЛТР — как показано в таблице.

Слайд 18

БСС

Боросиликатные стекла. Стеклообразующими окислами этих стекол являются B2O3 (более 8 %) и SiO2.

БСС Боросиликатные стекла. Стеклообразующими окислами этих стекол являются B2O3 (более 8 %)
В свою очередь, боросиликатные стекла делятся на 3 подгруппы:
– Боросиликатные стекла без щелочно-земельных металлов. В состав этих стекол входят 12…13% B2O3 и более 80% SiO2. Стекла отличаются высокой химической стойкостью и низким КТЛР (33·10–7 1/°С).
– Щелочно-земельные боросиликатные стекла. В дополнение к 75% SiO2 и 8…12% B2O3 они содержат до 5% окислов щелочно-земельных металлов и Al2O3. КТЛР стекол (40…50) ·10–7 1/°С.
– Высокоборатные стекла. Состав этих стекол: 65…70% SiO2, 15…25% B2O3 и небольшое количество щелочей и Al2O3. Из-за высокого содержания B2O3 химическая стойкость этих стекол понижена.

Слайд 19

БСС

Стеклоприпои применяют для соединения стекла с металлами, керамикой и другими стеклами без

БСС Стеклоприпои применяют для соединения стекла с металлами, керамикой и другими стеклами
расплавления соединяемых материалов. Пайка происходит при вязкости стеклоприпоя 104 — 105 пуаз.
Для пассивации полупроводниковых структур применяют стекла с содержанием свинца и бессвинцовые стекла. Содержащие свинец (от 5 до 30 вес.%) стекла являются композициями типов Pb-B-Zn и Pb-B-Si. Их КЛТР (36…66)·10–7 1/°С, температура пайки (520…760)°С, толщина пассивирующего слоя стекла (5…30) мкм.
Бессвинцовые стекла синтезированы в системах Zn-B-Si, Bi-Zn-Si. КЛТР этих стекол (37…94)·10–7, 1/°С, температура пайки (396...576)°С.

Тонкие слои трехкомпонентного борофосфороси-ликатного стекла, получаемые методами химического осаждения из газовой фазы, используются в качестве планаризуемого изолирующего геттерирующего материала между затворами МДП-транзисторов и первым уровнем алюминиевой металлизации интегральных микросхем.

Слайд 20

БСС

Горячепрессованные и полированные заготовки из боросиликатного стекла используют для изготовления окон выводов

БСС Горячепрессованные и полированные заготовки из боросиликатного стекла используют для изготовления окон
энергии, выпуклых и вогнутых линз.
Оригинальной разработкой (патент США 4716082 от 29 декабря 1987 года) является стекло, покрытое защитным слоем керамики — MAG I,III (Military Armor Glass или Duplex Glass). Оно применяется в стеклотаблетках для согласованных и сжатых спаев в герметичных выводах энергии. Защитный слой керамики может быть на одном или обоих торцах таблетки.

Вывод энергии, герметизированный стеклом MAG, с двухсторонним и односторонним слоем керамики

Имя файла: Герметизация-компонентов-радиоэлектронной-аппаратуры-(РЭА).-Способы-контроля-герметичности.pptx
Количество просмотров: 61
Количество скачиваний: 0