КОРПУС ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА

Предлагаемая полезная модель относится к конструкциям изделий микроэлектроники, а именно к полупроводниковым приборам и интегральным микросхемам, кристаллы которых заключены в корпуса, применяемые для монтажа полупроводникового кристалла.
Известны корпуса полупроводникового прибора, содержащие неорганическое основание, выполненное из непроводящего материала с металлическими выводами и посадочным местом под полупроводниковый кристалл, полость для монтажа полупроводникового кристалла и крышку, герметично присоединенную к основанию со стороны полости для монтажа полупроводникового кристалла (см., например, Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: справочник. - М.: Радио и связь, 1991: ил, стр. 475).
При использовании такого корпуса после монтажа кристалла на основание и присоединения его к выводам устанавливают крышку, в результате чего образуется полый замкнутый объем. В качестве неорганического основания используют стекло, керамику, металл с изоляторами, через которые проходят металлические вывода. Крышки, в зависимости от требований к полупроводниковому прибору, выполняются из материала основания - стекла (если требуется подвод к кристаллу оптического сигнала) и металла (если необходимо дополнительное экранирование кристалла от воздействия внешних электромагнитных полей).
Преимуществом данного корпуса является удобство проверки герметичности такого корпуса, например, на наличие течей с помощью гелиевого течеискателя. Основными недостатками являются сложность изготовления и дороговизна корпуса.
Известны корпуса полупроводникового прибора, содержащие рамку с металлическими выводами и посадочным местом под полупроводниковый кристалл, с гибкими выводами, которая полностью запрессована в полимерный органический материал (см., например, Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов. Учеб. Пособие для специальностей «Полупроводники и диэлектрики» и «Производство полупроводниковых приборов», М., «Высш. школа», 1974. стр. 296).
Преимуществами данного корпуса является малая трудоемкость, групповой характер технологии и возможность автоматизации процесса производства. Недостатками полимерных пластмассовых корпусов является их негерметичность, так как при изготовлении и работе такого полупроводникового прибора в местах соприкосновения металлических выводов и полимерного органического материала формируются щели к кристаллу полупроводникового прибора, через которые проникает влага, в результате чего наблюдается коррозия металлических дорожек и отказы кристалла. Кроме того, прочность таких корпусов невелика и при применении их в ответственной аппаратуре, например, в системах жизнеобеспечения, военной технике, на транспорте, где в аварийных ситуациях на полупроводниковый прибор воздействуют большие механические нагрузки, может произойти разрушение корпуса (см., например, https://www.drive2.ru/b/2615302).
Раскалывание корпуса происходит в местах расположения концентраторов механических напряжений, например, в местах выхода металлического вывода из пластикового основания. Концентраторы напряжений уменьшают прочность до 20 раз. Обычно при прессовании корпуса для повышения прочности в пластик вводят волокнистые добавки, такие как стекловолокно. Однако, при прессовании корпуса с волокнистыми добавками из-за наличия закладной детали (металлических выводов), попадание волокнистого материала пластикового корпуса в промежутки между выводами затруднено и в этих местах образуются щели, которые являются причиной негерметичности корпуса. Вторым способом исключения раскалывания корпуса является его наклейка на прочное металлическое изолированное основание, но в этом случае затрудняется объемный монтаж аппаратуры.
Перечисленные недостатки частично устранены в корпусе, наиболее близком к предлагаемому корпусу полупроводникового прибора, содержащем пластиковое основание с металлическими выводами и посадочным местом под полупроводниковый кристалл и крышку, герметично присоединенную к основанию, образующую полость над полупроводниковым кристаллом (см. например, 1998 GaAs Mantech Jong-Tae Kim, Ki-Sung Ham «Air-cavity Plastic Packages and new sealing methods using a liquid ероху», 127). При этом крышка, расположенная со стороны посадки кристалла, выполнена из пластика.
Наличие полости в корпусе полупроводникового прибора позволяет проверять его герметичность как после изготовления, так и после испытаний на долговечность.
Недостатками таких корпусов, как и предыдущего аналога, является невысокая прочность.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности корпуса полупроводникового прибора.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, в предлагаемом корпусе полупроводникового прибора, содержащем пластиковое основание с металлическими выводами и посадочным местом под полупроводниковый кристалл и крышку, герметично присоединенную к основанию, образующую полость над полупроводниковым кристаллом, крышка выполнена из керамики.
Так как прочность керамики выше прочности применяемых плоских пластиковых крышек и она не содержит концентраторов механических напряжения, то крышка начинает играть роль плоского прочного основания для монтажа и при объемном монтаже нет необходимости наклеивать прибор.
Суть предлагаемой полезной модели поясняется фигурами 1, 2 и 3. На фиг. 1 приведен разрез предлагаемого корпуса полупроводникового прибора с полостью в основании. На фиг. 2 показан вид сверху предлагаемого корпуса полупроводникового прибора. На фиг. 3 приведен разрез предлагаемого корпуса полупроводникового прибора с полостью, образованной крышкой.
Позициями на фиг. 1, 2, 3 обозначены:
1 - пластиковое основание;
2 - металлические вывода;
3 - посадочное место;
4 - полупроводниковый кристалл;
5 - проволочное соединение (кристалл-корпус);
6 - керамическая крышка;
7 - клей.
Устройство и процесс изготовления предлагаемого корпуса полупроводникового прибора описан ниже.
Корпус полупроводникового прибора, содержит пластиковое основание 1 с металлическими выводами 2 и посадочным местом 3 под полупроводниковый кристалл 4 и керамическую крышку 6, герметично присоединенную клеем 7 к основанию со стороны расположения полупроводникового кристалла.
Пластиковое основание 1 с металлическими выводами 2 и посадочным местом 3 изготавливается методом заливки под давлением закладной латунной детали, содержащей металлические вывода 2 и посадочное место для кристалла 3, термореактивным пластиком. При сборке полупродникового прибора кристалл 4 монтируют, напаивают припоем ПОС-61 на посадочное место 3, после чего ультразвуком разваривают гибкие вывода 2 из алюминиевой проволоки. Далее герметизируют крышкой 6 из корундовой керамики типа ВК94-1, присоединяя ее клеем 7 в контролируемой среде осушенного воздуха или азота. Далее проводят проверку герметичности на малые течи в гелиевом течеискателе, проверку герметичности на большие течи в среде элгаза электрических параметров и грубые течи.
Прочность изготовленных корпусов типа SO-8 с размерами: длина 9,4 мм, ширина 6,2 мм, и толщина 4,4 мм, определялась методом трехточечного изгиба. Нагрузка прикладывалась снизу двумя призмами по длине корпуса на расстоянии 3,7 мм от центра и одной призмой сверху по центру корпуса. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таким образом, применение керамической крышки увеличивает прочность корпуса.