21.05.2011
В конце 2010 года была выполнена ОКР "Разработка 256-выводного металлокерамического корпуса типа 4 с посадочными местами для чип-конденсаторов для программируемых логических интегральных микросхем", шифр "Ксилофон-корпус". После этого ЗАО "ТЕСТПРИБОР" приступило к выпуску корпусов 4244.256-3, 4245.240-5, 4245.240-6 и 4245.240-6.01 категории качества "ВП" по утвержденным техническим условиям ТАСФ.301176.002ТУ и ТАСФ.301176.004ТУ (рис.2а, б, табл.1).
Многослойные металлокерамические корпуса: преимущества и особенности
Отличительная особенность высокотемпературной керамики от низкотемпературной – более высокая температура спекания слоев керамических плат для корпусов: 1500–1600°С (в технологии LTCC температура спекания – менее 1000°С).
Достоинства технологии HTCC:
- малые допуски на размеры – благодаря низкому коэффициенту теплового расширения обеспечивается повышенная стабильность размеров корпусов;
- коэффициент теплового расширения (КТР) высокотемпературной керамики достаточно близок к КТР кремния, что позволяет монтировать кристаллы непосредственно на керамическое основание;
- высокие диэлектрические и тепловые характеристики корпусов: в зависимости от используемой марки керамики электрическая прочность варьируется от 45 до 60 кВ/мм, тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) – от 0,006 до 0,0021, а диэлектрическая проницаемость (e) – от 8,5 до 10 в гигагерцовом диапазоне частот;
- возможность создания многослойных герметичных керамических плат: высокотемпературная керамика имеет плотную структуру, а после спекания многослойные керамические модули становятся монолитными;
- хорошее заполнение переходных отверстий и линий металлизации в плате вольфрамовой пастой;
- высокая твердость используемых керамических материалов.
Технология производства высокотемпературных керамических модулей HTCC является наиболее современной и обеспечивает самую надежную герметизацию микроэлектронных изделий. Кратко рассмотрим процесс и этапы производства многослойных металлокерамических корпусов на основе технологии HTCC (рис.1).
1. Основной материал при производстве плат по технологии HTCC – сырой керамический лист: из глинозема Al2O3, SiO2, MgO и других компонентов получают керамическую массу, которую разбавляют толуолом и получают шликер. Из шликера льется керамическая лента (см. рис.1а).
2. В сырых керамических листах (каждый из которых впоследствии станет слоем керамической платы) выполняются переходные и выравнивающие отверстия и пустоты (см. рис.1б).
3. Отверстия в керамических листах заполняются или покрываются вольфрамовой пастой для обеспечения электрических соединений.
4. С помощью трафаретной печати в каждом слое формируются проводники, различные площадки, маркировка и т.д., которые наносятся вольфрамовой пастой на поверхность керамических листов с последующей сушкой и отвердением в печи (см. рис.1, в).
5. Каждый керамический лист с нанесенным рисунком и металлизированными отверстиями совмещается и укладывается в стек в последовательности, определенной при проектировании (см. рис.1 г).
6. Проводят вырубку по габариту для отделения плат от общей массы. Поверхности шлифуют (см. рис.1 д, е).
7. Выполняют спекание керамики и вольфрамовой металлизации при температуре 1500–
1600°С.
8. Для лучшего смачивания припоя перед пайкой все металлические и металлизированные поверхности покрывают никелем.
9. Выводные рамки корпусов, коваровые ободки и теплоотводы к металлическим контактным площадкам припаивают при помощи серебро-медного эвтектического расплава (или чистым серебром) при температуре 800–1000°С.
10. Все открытые металлические и металлизированные поверхности корпуса покрывают металлом (зачастую золотом с подслоем никеля) электролитическим или электролизным методом для защиты от воздействия окружающей среды.
Описанные выше этапы производства представляют собой типовой технологический процесс и в каждом конкретном случае могут уточняться или исключаться.
С начала 2009 года ЗАО "ТЕСТПРИБОР" разрабатывает корпуса для интегральных микросхем и приборов специального назначения и осваивает их производство на основе технологии HTCC.
Уже созданы и серийно выпускаются 23 типа металлокерамических корпусов для микросхем и 14 типов металлокерамических и металлостеклянных корпусов для полупроводниковых приборов как для поверхностного монтажа (SMD), так и штыревого типа.
Таблица 1. Основные характеристики корпусов 4244.256-3, 4245.240-5, 4245.240-6 и 4245.240-6.01
| Параметр | Тип корпуса | |||
| 4244.256-3 | 4245.240-5 | 4245.240-6 | 4245.240-6.01 | |
| Количество выводов | 256 | 240 | 240 | 240 |
| Шаг выводов, мм | 0,5 | |||
| Расположение выводов | Одноуровневое | |||
| Размер монтажного окна, мм | 13,0х14,0 | 10,5х10,5 | 13,0х13,0 | |
| Размер монтажной площадки, мм | 12,5х13,5 | 10,5х10,5 | 13,0х13,0 | |
| Габаритные размеры тела корпуса, мм | 36,0х36,0х2,3 | 34,0х34,0х3,2 | ||
| Глубина монтажного колодца, мм | 0,5 | 0,76 | ||
| Монтажная площадка | Металлизирована | |||
| Сопротивление изоляции, мин., Ом | 108 | |||
| Покрытие основания корпуса | Н2Зл.3 | |||
| Метод герметизации | Шовно-роликовая сварка | |||
| Масса корпуса, не более, г. | 20,75 | |||
| Диапазон рабочих температур, 0С | -60 ... 155 | |||
В конце 2010 года была выполнена ОКР "Разработка 256-выводного металлокерамического корпуса типа 4 с посадочными местами для чип-конденсаторов для программируемых логических интегральных микросхем", шифр "Ксилофон-корпус". После этого ЗАО "ТЕСТПРИБОР" приступило к выпуску корпусов 4244.256-3, 4245.240-5, 4245.240-6 и 4245.240-6.01 категории качества "ВП" по утвержденным техническим условиям ТАСФ.301176.002ТУ и ТАСФ.301176.004ТУ (рис.2а, б, табл.1).Компания также разработала и освоила серийное производство серии металлокерамических корпусов для полупроводниковых приборов SMD-3, SMD-2, SMD-1, SMD-0,5, SMD-0,2. Корпуса изготавливаются по технологии высокотемпературных керамических модулей с использованием алюмооксидной (высокоглиноземистой корундовой) керамики с содержанием оксида алюминия 90–92%.
При изготовлении теплоотвода и токопроводящих частей корпуса используется сплав меди и вольфрама, все металлические и металлизированные части основания имеют финишное золотое покрытие. Благодаря этому выполняются повышенные требования по герметичности и температурным характеристикам корпусов (рис.2в, табл.2).
Таблица 2. Основные характеристики SMD-корпусов
| Параметр | Типы корпусов (Габариты, мм) | |||||
| SMD-0.2
(8,05x5,50) | SMD-0,5
(10,16x7,52) | SMD-1
(15,88x11,43) | SMD-2
(17,55x13,40) | SMD-3
(30,90x19,80) | MBSS0507-N3
(7,00x5,00) | |
| Максимальная высота корпуса,мм | 2,8 | Нет данных | Нет данных | 3,35 | 3,81 | 2,13 |
| Размер монтажного окна, мм | 3,00х3,28 | 4,20х5,10 | 8,40х8,20 | 9,94х9,74 | 20,17х16,11 | 5,40х3,00 |
| Глубина монтажного колодца, мм | Нет данных | 0,5 | 1,0 | Нет данных | Нет данных | Нет данных |
| Расстояние от МП до вехней поверхности крышки, мм | 1,24х0,79 | 0,95х1,00 | 1,70х1,90 | 2,20х2,20 | 3,60х3,50 | 1,00х3,00 |
| Размер контактных площадок, мм | 1,24х0,79 | 0,95х1,00 | 1,70х1,90 | 2,20х2,20 | 3,60х3,50 | 1,00х3,00 |
| Размер внешних выводных площадок, мм | 2,07х2,07 | 3,05х2,42 | 4,00х3,55 | 3,74х3,74 | 5,00х5,15 | 5,00х3,70 |
| Сопротивление изоляции, мин. Ом | 109 | |||||
| Покрытие основания корпуса | Н2Зл.3 | |||||
| Метод герметизации | Шовно-роликовая сварка | |||||
| Масса корпуса, г. | Нет данных | 0,8 | 2,1 | Нет данных | Нет данных | Нет данных |
| Диапазон рабочих температур, 0С | -60 ... 350 | |||||
Еще один вид продукции ЗАО "ТЕСТПРИБОР" – безвыводные корпуса типа 5 по ГОСТ 17467-88 с числом выводов 48, 20, 16, выполненных в виде металлизированных контактных площадок (рис.2 г, табл.3). По периметру обратной стороны (нижнего слоя) корпуса нанесены выводные площадки для его монтажа на печатную плату в радиоаппаратуре. Они соединены с контактными площадками корпуса через металлизированные пазы в торцах (см. рис.2г). Все металлические и металлизированные части оснований корпусов имеют финишное золотое покрытие.
Талица 3. Основные характеристики безвыводных корпусов.
| Параметр | Тип корпуса | ||||
| LCC16 | LCC20 (1) | LCC20 (2) | LCC48 (1) | LCC48 (2) | |
| Габариты корпуса, мм | 7,62х7,62 | 8,89х8,89 | 8,89х8,89 | 14,22х14,22 | 12,7х12,7 |
| Шаг выводных площадок, мм | 1,27 | 1,016 | |||
| Размер монтажной площади корпуса, мм | 4,0х4,0 | 4,93х4,93 | 4,0х4,0 | 5,5х4,5 | 7,5х7,5 |
| Глубина монтажного колодца, мм | 0,508 | 0,635 | 0,508 | ||
| Расположение выводов | Равномерно по четырем сторонам корпуса | Равномерно по четырем сторонам корпуса, 4 вывода по углам корпуса | |||
| Количество внешних выводных площадок | 16 | 20 | 20 | 48 | 48 |
Таким образом, ЗАО "ТЕСТПРИБОР" предлагает металлокерамические корпуса с различными характеристиками. Кроме этого, предприятие может разработать и изготовить в соответствии с ТЗ заказчика корпуса практически любого уровня сложности с качеством, соответствующим мировым стандартам.