Заливка.
В металлополимерных корпусах герметизацию микросхемы и изоляцию выводов от корпуса осуществляют путем заливки металлического корпуса эпоксидным компаундом. В конструкции, изображенной на рис. 1.1, е, корпус представляет собой дюралевый колпачок квадратной или прямоугольной формы (толстопленочные гибридные микросхемы серии К202, К204, К215 и др.), в который устанавливается керамическая подложка с микросхемой и торцевыми выводами круглого сечения. Специально сформированные выступы на внутренней поверхности колпачка удерживают подложку на некотором расстоянии от дна.
В другой конструкции (рис. 1.1, ж) в корпусе типа «пенал» располагается ситалловая подложка с тонкопленочной гибридной схемой (микросхемы серии МИГ), изолированной от стенок корпуса. В данном случае активные навесные приборы помещены в кассету из алюминиевой фольги (с изолированной прокладкой), которая приклеена к подложке. Такая конструкция обеспечивает дополнительную герметизацию активных приборов и защиту их от непосредственного воздействия компаунда.
В металлополимерных корпусах целесообразно использовать свободную заливку компаундами холодного отверждения, которые обеспечивают относительно малую усадку, а время выдержки для полимеризации не является лимитирующим фактором.
Склеивание
Один из вариантов пластмассовых корпусов показан на рис. 1.1, з. Основание и крышка корпуса изготовлены из стеклопластика АГ-4 методом прессования. Основание армировано торцевыми выводами круглого сечения. Герметизацию осуществляют путем склеивания крышки с основанием.
Надежная герметизация изделий от влияния внешней среды в корпусах этого типа определяется тремя основными параметрами: герметичностью выводов в основании корпуса, герметичностью соединения крышки с основанием и скоростью натекания паров воды во внутренний объем при их диффузии через стенки корпуса (т.е. влажностными параметрами материала корпуса).
Как показывают исследования, пластмассовые корпуса, выполненные из разных материалов, резко отличаются по своим защитным свойствам. В табл. 3 приведены результаты испытаний на герметичность пластмассовых корпусов, изготовленных из пресс-порошков с различными физическими свойствами. Герметичность корпусов оценивалась по их влагостойкости после воздействия 10 термоциклов в диапазоне температур от –60 до +85°С и последующего увлажнения в среде с относительной влажностью 982% при температуре 40°С. Натекание влаги в корпуса регистрировалось ситалловыми датчиками влажности адсорбционного типа.
Таблица 3. Герметичность полых пластмассовых корпусов после воздействия термоциклов
Материал корпуса
|
Число негерметичных корпусов
|
К124-38
|
0
|
В4-70
|
15
|
К18-2
|
100
|
ЭФП-60АК
|
100
|
Нарушение герметичности корпусов в этом случае происходило в узле вывод-основание из-за механического разрушения пластмассы вокруг вывода вследствие возникновения внутренних напряжений. Для уменьшения этих напряжений необходимо, чтобы материал вывода имел как можно большее значение КТР, а материал корпуса – минимальное значение КТР и такие значения модуля упругости, которые обеспечивали бы необходимую жесткость конструкции и одновременно некоторую податливость материала при воздействии механических нагрузок.
Таблица 4. Сравнительные характеристики некоторых металлов и пластмасс
Материал
|
КТР, К-1
|
Модуль упругости, н/м2
|
Ковар
|
6*10-6
|
1,96*1011
|
Медь
|
16*10-6
|
1,18*1011
|
Латунь
|
18*10-6
|
9,3*1010
|
Пластмасса К124-38
|
(19…36)*10-6
|
7,15*109
|
Пластмасса В4-70
|
37*10-6
|
8,7*109
|
ЭФП-60АК
|
48*10-6
|
6,4*109
|
Как видно из данных табл. 4, таким требованиям в большей степени удовлетворяет латунь. Ее КТР близок к КТР материалов марок К124-38 и В4-70, которые получили наиболее широкое применение при изготовлении пластмассовых корпусов.
Источником внутренних напряжений является разность КТР материалов корпуса и вывода и колебания температуры при изготовлении и эксплуатации корпуса. Анализ напряженного состояния, проведенный на модели узла вывод-пластмасса и подтвержденный при испытании реальных образцов корпусов, показал, что в материале корпуса при изменении температуры возникают сжимающие и растягивающие напряжения, пропорциональные размерам вывода, модулю упругости пластмассы, КТР и градиенту температур. При этом растягивающие напряжения на границе пластмасса-вывод втрое превышают сжимающие. Расчет внутренних напряжений показал, что разгерметизация оснований корпусов вокруг выводов происходит в результате превышения внутренних напряжений предела прочности пластмассы на растяжение. Это хорошо видно из табл. 5, в которой приведены данные испытаний выводов, выполненных из разных материалов. Детали корпуса изготовляются прямым прессованием, а в основание заранее впрессовываются выводы. На выводе делается утолщение с проточкой в месте прохождения его через основание. Такая конструкция вывода повышает механическую прочность узла вывод-пластмасса, увеличивает путь проникновения влаги при возникновении дефектов в узле. Для получения более надежного клеевого соединения толщина боковых стенок основания корпуса должна составлять не менее 2 мм; толщина крышки и основания выбирается исходя из условий механической прочности корпуса и требований по его влагостойкости
Таблица 5. Экспериментальные данные испытаний металлических выводов на герметичность и прочность вырыва из пластмассы
Материал корпуса
|
Предел прочности при растяжении, Н/м2
|
Материал вывода
|
Внутренние напряжения на границе с выводом, Н/м2
|
Число негерметичных образцов, %
|
Прочность вывода на вырыв из образцов, Н
|
герметичных
|
негерметичных
|
К124-38
|
8,13*107
|
Латунь
|
3,5*107
|
15,8
|
233,2
|
78,4
|
Ковар
|
7,26*107
|
35,0
|
151,9
|
107,8
|
ЭФП-60АК
|
5,5*107
|
Латунь
|
7*107
|
20,0
|
81,3
|
50,9
|
Ковар
|
1,34*108
|
30,0
|
102,9
|
47,0
|
К18-2
|
5,2*107
|
Латунь
|
1,38*108
|
40,0
|
66,0
|
50,0
|
Ковар
|
1,85*108
|
70,0
|
109,8
|
33,3
|
К клеевому составу в этом случае предъявляются следующие требования: высокая адгезия к материалу корпуса, максимально близкое значение ТКР для клея и материала корпуса, высокая влагостойкость, малая вязкость клея, обеспечивающая получение клеевого шва толщиной 0,1…0,2 мм, умеренная температура отверждения (не более 70…80С). Наиболее полно удовлетворяют таким требованиям эпоксидные клеи и компаунд с минеральным наполнителем (например, компаунд ЭК-16 «Б»). Перед нанесением компаунда торцы боковых сторон основания и край крышки по периметру зачищаются для получения шероховатой поверхности. После приклеивания крышки к основанию корпуса закрепляются в специальных зажимах для плотного соединения основания с крышкой.
Герметичные пластмассовые корпуса имеют достаточно высокую влагостойкость. Однако хотя экспериментально установленное время влагозащиты таких корпусов в ряде случаев составляет более 30 и даже 56 сут., их влагостойкость в настоящее время принимается равной 10 сут.
При организации производства изделий в полых пластмассовых корпусах необходимы операции изготовления деталей корпусов, сборки деталей и изделия и герметизации корпусов. Механизация этих операций представляет значительные трудности, поэтому такие корпуса пока используются при производстве изделий небольшими партиями.
|
