Пластмассы и прочие полимеры используются для того, чтобы обеспечить: структурную связность, соединение и сохранность основных электронных компонентов.
Рынок полупроводниковых упаковочных материалов (см. таблицу 1 и рисунок 1) оценивается примерно в 8 – 9 млрд. долл. В год. Пластмассы и полимеры в используются в рамках различных сегментов этого рынка. Таблица 1. Сегмент полупроводниковых упаковочных материалов. Сегмент полупроводниковых упаковочных материалов | Доли рынка, % | | Выводные рамки | 33 | | Ламинатные подложки | 25 | | Формовочные компаунды | 16 | | Соединительные провода | 15 | | Гибкие/пленочные подложки схемы | 4 | | Материалы крепления кристалла | 3 | | Жидкие инкапсулянты и незаполненные материалы | 2 | | Шариковые выводы из припоя | 1 | | Диэлектрики для корпусов интегральных схем | <1 |
Что представляют собой электронные компоненты?
Как показано на рисунке 1, доминирующими являются четыре сегмента: рамки с выводами, подложки, монтаж в корпус и герметизация и соединительные провода.  Рис. 1. Сегменты полупроводниковых упаковочных материалов. По различным применениям потребление полимеров очень неравномерно, в основном оно имеет место в пределах первых трех сегментов.
Начиная с кремниевого кристалла, имеется несколько специальных устройств и методов обработки (см. рисунок 2). Некоторые из них перечислены ниже, но перечисление не претендует на то, чтобы быть исчерпывающим.  Рис. 2. Электронные компоненты и процессы. Кристалл интегральной схемы – это основной компонент электронного устройства, представляет собой небольшой фрагмент кремниевой пластины. Он присоединяется ко всему производимому устройству.
Рамки с выводами используются для обеспечения соединения с устройством, находящимся в корпусе, в обе стороны. Интегральные схемы подсоединены к рамкам с выводами, обеспечивая механическую опору для кристалла в ходе сборки для получения готового продукта.
Рамка с выводами состоит из:
- загрузочного устройства для полупроводниковых пластин, к которому присоединяется кристалл;
- контактных выводов, которые используются для внешнего электрического соединения.
Кристалл подсоединяется к контактным выводам с помощью проводов, посредством проводной связи или выводов, присоединенных к выводной рамке.
Ламинаты представляют собой листы пластмассы с приклеенными с одной или обеих сторон слоями медной фольги. Они являются структурной основой печатных схем. Связывающие вещества, которые используются для приклеивания фольги, производятся из полимеров.
Гибкие подложки или пленки производятся из материала, такого как полиамид, который должен обеспечить возможность движения, а также наличие особенностей контура и компоновки, которые требуются электронным продуктом высокой плотности.
Печатные платы или карты изготавливаются из тонких пластинок, на которых имеются чипы и прочие электронные компоненты.
Помещение в корпус (инкапсуляция) представляет собой метод, используемый для сохранения электронных компонентов. Здесь одновременно сосуществуют два метода:
- формование пластмасс поверх, часто с помощью литьевого прессования. Для этого формуемый компаунд: предварительно нагревают; направляют плунжером в загрузочную камеру для литьевого прессования, где он плавится; направляют плунжером в литники, которые загружают гнезда, где уже находятся выводные рамки для инкапсуляции;
- заливка компаунда, литье или заливка жидких инкапсулянтов непосредственно вокруг электронного устройства.
В любом случае компаунд и должны удовлетворять:
- технологическим свойствам обрабатываемости, таким как: вязкость, текучесть, а также время гелеобразования и отверждения для термоотверждающихся компаундов. Присутствие ненадлежащих параметров может привести к образованию пустот и выемок, пузырей, неполному заполнению, а также смещению проводов во время формования, а это может в результате дать поломку проводов или их закорачивание;
- термическим свойствам: температуре эксплуатации (должна быть адаптирована к потребностям применения), коэффициенту теплового расширения, термической проводимости и температуре допустимой деформации при нагреве. Наличие слишком большой разности между коэффициентами термического расширения различных материалов может привести к нарушению связи устройства с проводами и расслаиванию между инкапсулянтами и другими материалами корпуса;
- механическим свойствам: жесткости или эластичности. Слишком высокий модуль и коэффициент теплового расширения могут привести к растрескиванию корпуса;
- диэлектрическим спецификациям: здесь несоответствие может привести к отказу электрооборудования;
- параметрам влагопоглощения: при слишком высокой влажности электронных компонентов может возникнуть отказ электрооборудования;
- параметрам огнестойкости;
- специальным свойствам в соответствии со специальными параметрами эксплуатации.
Маркировка в процессе сборки и испытания позволяет осуществлять отслеживание и идентификацию. Существует две обычно используемые технологии маркировки:
- маркировка маркировочным составом, а именно набивная маркировка, во время которой переносится маркировка с плоской полосы с нанесенными по трафарету углублениям, заполненными маркировочным красителем, на корпус с помощью штемпельной подушки из полисилоксанового каучука. Здесь необходимы хорошее увлажнение маркировочного красителя на маркирующей поверхности, а также хорошее отверждение маркировочного состава;
- маркировка лазером, при которой маркировка гравируется на маркируемой поверхности с использованием лазерного луча.
Пленки и катушки: для того, чтобы облегчить операции по перемещению полупроводников, их можно заворачивать в непрерывную ленту полимерной пленки с углублениями, которую можно наматывать на пластмассовую катушку, присоединяемому, в свою очередь, к автоматизированной установке монтажа компонентов.
Сухая герметизация: электронные устройства упаковываются во влагоустойчивые или гидроизолирующие пакеты для того, чтобы предотвратить поглощение влаги из атмосферы. Перед сухой герметизацией узлы должны быть высушены, только после этого их можно герметизировать вакуумом в пакетах. Конкуренция между жесткими полимерными подложками, гибкими пленками и керамическими подложками
На рисунке 3 показан быстрый рост применения полимеров по сравнению с керамикой.  Рис. 3. Рост использования жестких полимерных подложек, гибких пленок и керамики, а также других подложек. Полимерные подложки, инкапсулянты и компаунды для формования поверх: универсальность полимеров
Полимеры являются первоклассными материалами благодаря своей универсальности:
- широкий диапазон семейств материалов;
- разнообразие рецептур в рамках одного и того же семейства материалов (см. таблицы 2, 3, 4, 5 и рисунок 4);
- большой выбор технологий;
- широкий диапазон свойств конечного продукта;
- возможности получения специфических параметров для конкретного применения;
- дешевые материалы для повседневных применений… Таблица 2. Примеры универсальности эпоксидных смол. Применяемые процессы | Технологичность | Свойства конечного продукта | Рецептура | | Импрегнирование | Жидкий | Низкая степень деформации | Бисфенол-A | | Помещение в корпус (инкапсуляция) | Жидкийнизкой вязкости | Эластичность | Бисфенол-F | | Герметизация заливкой компаундом | Жидкийсредней вязкости | С низким модулем упругости | Бисфенол-A/F | | Вакуумирование | Полутвердый | Полужесткий | Модифицированный бисфенол-A | | | Твердый | Термическаястабильность | Диглицидный эфир бисфенола-A | | | Однокомпонентная | Высокотемпературный | Эпоксиноволачная смола | | | Двухкомпонентный | Термоустойчивый | Эпоксидно гликолиевая смола | | | | Влагоустойчивый | Химически модифицированная | | | | Устойчивость к образованию токопроводящего мостика | Высокой чистоты | | | | Огнестойкий | Окрашенные | | | | UL94V-0 | Ненаполненные | | | | Прекрасная адгезия | Высокой чистоты |
 Рис. 4. Примеры технологических параметров жидких эпоксидных смол. Таблица 3. Примеры свойств эпоксидных смол. | Единица измерения | Жидкий | Наполненный | | Вязкость | мПа·с | 3-30000 | | | Спиральный поток | см | | 70-110 | | Время гелеобразования | с | | 30-40 | | Отверждение | ч. при 150°C | 1 | | | Температура перехода в стеклообразное состояние | °C | 150 | 150-165 | | Предел прочности при изгибе при 25°C | МПа | | 110-170 | | Удержание предела прочности при статическом изгибе при 240°C | % | | 12-14 | | Модуль упругости при изгибе при 25°C | ГПа | 1-7 | 12-19 | | Удержание модуля упругости при изгибе при 240°C | % | | 5-6 | | Относительный удельный вес | - | | 1,8-1,95 | | Влагопоглощение | % | | 0,2-0,3 | | Огнестойкость | UL 94 | | | | Коэффициент термического расширения | 10-6 | 13-30 | V-0 | | Диэлектрическая постоянная при 1 МГц | | 3-3,4 | |
Таблица 4. Примеры универсальности использования полиуретанов Процесс | Технологичность | Свойства конечного продукта | Рецептура | | Капсулирующий гель | Двухкомпонентные | Низкий модуль | Марки для микроэлектроники | | Герметизация заливкой компаундом | Отверждение при комнатной температуре | Эластичность | Прозрачные | | | Низкая вязкость | Температурная стабильность | Черные | | | | Гидролитическая стабильность | | | | | Гидролитическая температурная стабильность | |
Таблица 5. Примеры универсальности использования силиконов Процесс | Технологичность | Свойства конечного продукта | Рецептура | | Помещение в корпус | Однокомпонентные | Ненапряженные | Марки электронной чистоты | | Капсулирование | Желатинирование | Устойчивые к термическому удару | Ненаполненные | | | Отверждение при низкой температуре | Устойчивые к кристаллизации | | | | Без ограничения | Теплопроводные | | | | | UL94 V0 | |
Для изолирующих подложек еще шире используются термоотверждающиеся пластмассы и термопласты:
1) товарные пластмассы:
- поливинилхлорид;
- полипропилен;
- полиэфир;
2) конструкционные пластмассы:
- поликарбонат;
- полиамид;
- PBTP;
- фенольные смолы;
- эпоксидные смолы;
3) пластмассы специального применения:
- полиимид;
- бисмалеимидные смолы;
- политетрафторэтилен;
- полицианаты. Полимеры широко используются в секторе электронных устройств. Для выполнения некоторых функций они незаменимы, а их универсальность и их ни с чем не сравнимый баланс свойств в сочетании со свободой проектирования и обработки, часто приводит к выработке инновационных и экономичных решений, которые объясняют их успех на рынке. Для создания периферийных устройств, имеющих существенное значение для функционирования полупроводников, используются полимеры, в значительной мере, конструкционные, или высокотехнологичные, часто в виде марок для специального применения. Пластмассы и прочие полимеры используются для обеспечения: структурной связи, соединения и сохранения основных компонентов электронных устройств.
Рынок полупроводниковых упаковочных материалов оценивается примерно в 8 - 9 млн. долл. Наиболее распространенными применениями являются рамки с выводами, ламинатные подложки и компаунды для формования, для которых используются товарные пластмассы (поливинилхлорид, полипропилен, полиэфир), конструкционные пластмассы (фенольные смолы, эпоксидные смолы, поликарбонат), пластмассы специального назначения (полиимиды, ПТФЭ, полицианаты).
http://www.omnexus.com |
