ВЫВОДНАЯ РАМКА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА

Предлагаемая полезная модель относится к области электронной техники, а именно - к конструкции выводных рамок полупроводниковых приборов, герметизируемых пластмассой.
Известна выводная рамка полупроводникового прибора, содержащая теплорастекатель, кристаллодержатель и внешние выводы с траверсами для разварки внутренних гибких выводов, (см. патент США №7,834,433 В2 класс.H01L 23/34, H01L 21/00). Теплорастекатель предназначен для отвода тепла от полупроводникового кристалла к радиатору, на котором закреплен теплорастекатель. Для монтажа кристаллов на кристаллодержатель обычно используется эвтектический и свинцово-оловянный припой.
Частой причиной отказов полупроводниковых приборов является коррозия алюминиевых проводников и контактных площадок на поверхности кристалла из-за негерметичности корпуса. Негерметичный пластмассовый корпус - серьезная проблема защиты сложных электронных компонентов.
Пути проникновения влаги одинаковы для корпусов, изготовленных с использованием различных пресс-материалов материалов. Проникновение влаги происходит по границе теплорастекатель-пластмасса и во многом определяется адгезионной составляющей, обусловленной наличием адгезионных связей пластмассы с поверхностью выводной рамки, а также ее конструкцией. Недостатком данной выводной рамки является слабая адгезионная прочность сцепления пластмассы с выводной рамкой и, вследствие чего, попадание влаги в корпус и растрескивание корпусов в процессе пайки при испарении влаги.
Указанный недостаток устранен в выводной рамке полупроводникового прибора, содержащей теплорастекатель, кристаллодержатель с замками герметичности по периметру и внешние выводы с траверсами для разварки внутренних гибких выводов, (см. статью Анатолий Керенцев, Владимир Ланин «Влагоустойчивость интегральных микросхем в пластмассовых корпусах»., Технологии в электронной промышленности №4'2008).
Кристаллодержатель с замками герметичности по периметру позволяет улучшить влагоустойчивость путем повышения адгезионной прочности сцепления пластмассы с выводной рамкой.
Замки, выполненные по периметру теплорастекателя в виде канавки, окружающей кристаллодержатель, улучшают адгезию по сравнению с конструкцией без замков герметичности и снижают возможность растрескивания.
Недостатком данной выводной рамки является по-прежнему недостаточная адгезия при использовании пресс-материалов на основе реактопластов и герметизации методом впрыскивания. Также возможно расслоение и растрескивание герметизирующего материала. Эффект расслоения возникает при резком нагреве полупроводникового прибора, в котором содержится некоторое количество влаги. При увеличении температуры эта влага испаряется, а образовавшийся пар быстро расширяется, что приводит к возникновению механических напряжений и образованию дефекта внутреннего расслоения компонента. Чаще всего расслоение пластмассы корпуса происходит на границе кристаллодержатель - пластмасса и кристалл - пластмасса.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение влагоустойчивости и расширение границ стойкости полупроводникового прибора к внешним воздействиям.
Указанный технический результат достигается тем, что выводная рамка полупроводникового прибора, содержащая теплорастекатель,
кристаллодержатель с замками герметичности по периметру и внешние выводы с траверсами для разварки внутренних гибких выводов, причем замки герметичности выполнены в виде канавки со сформированными в ней пирамидоидальными ямками, расположенными в шахматном порядке в 2-3 ряда.
После герметизации пластмасса запрессовывается в замок герметичности, улучшая адгезию, как вдоль канавки, так и поперек за счет дополнительного рельефа в виде пирамидоидальных ямок. Улучшенная адгезия устраняет возможность затекания влаги в корпус.
Сформированные пирамидоидальные ямки устраняют эффект расслоения. При герметизации пресс-материал заполняет ямки в замке герметичности, минимизируя возникающие термальные напряжения. Также при возможном образовании трещин, их распространение будет останавливаться в области ямки, сохраняя герметичность прибора.
Шахматный порядок ямок в 2-3 ряда является оптимальным рельефом для снижения термального напряжения. Увеличение количества рядов не целесообразно, так как это приводит к уменьшению рабочей площади кристаллодержателя.
На фиг.1 изображена выводная рамка с кристаллом полупроводникового прибора.
На фиг.2 изображено сечение выводной рамки с кристаллом полупроводникового прибора.
Позициями на фиг. 1 и фиг. 2 обозначены:
1 - теплорастекатель;
2 - кристаллодержатель;
3 - замок герметичности;
4 - пирамидоидальные ямки;
5 - кристалл полупроводникового прибора;
6 - внешние выводы с траверсами;
7 - внутренние гибкие вывода.
На фигуре 1 приведена конструкция медной выводной рамки полупроводникового прибора, содержащая теплорастекатель 1 с кристалл од ержателем 2, который окружен замком герметичности 3 в виде канавки, в котором сформированы два ряда пирамидоидальных ямок 4, расположенных в шахматном порядке. Пирамидоидальные ямки сформированы методом штамповки. На кристалодержатель напаивается кристалл полупроводникового прибора 5. Электрическое соединение кристалла с траверсами внешних выводов 6 осуществляется посредством внутренних гибких выводов 7.
В таблице 1 приведены результаты оценки состояния влагоустойчивости корпуса КТ-28-2. Выдержка приборов проводилась при избыточном давлении 0,5 МПа в аминоксантеновом красителе (родамине). Также, в таблице 1 приведены результаты испытаний на влагоустойчивость транзистора Дарлингтона в корпусе КТ-28-2. Испытания проводились в автоклаве в режиме хранения в перегретом паре при температуре +121°С, давлении 0,2 МПа и относительной влажности 100% в течение 240 часов, с последующим контролем параметров транзистора через 24 часа.
Образцы №1 - рамка выполнена без замка герметичности (аналог). Образцы группы №2 - рамка выполнена с замком герметичности (прототип). Образцы группы №3 - рамка выполнена с замком герметичности и пирамидоидальными ямками в 2 ряда, расположенными в шахматном порядке.
В образцах №1 затекание родамина происходило по границе кристаллодержатель-пластмасса. В образцах №2 выявлено 2 отказа из-за коррозии металлизации кристалла транзистора, так-так проникновение влаги происходило сквозь расслоившиеся слой пластмассы. Расслоение произошло из-за термальных напряжений вследствие температурного воздействия.
Экспериментально доказано, что в образцах №3 в рамке с замком герметичности и пирамидоидальными ямками в нем, влагоустойчивость и границы стойкости к внешним воздействиям выше по сравнению с прототипом и аналогом.