Порядок выполнения задания. 1. Изучить особенности герметизации ЭВС и их конструктивов с герметизирующими конструкциями, содержащими внутренние газовые полости

1. Изучить особенности герметизации ЭВС и их конструктивов с герметизирующими конструкциями, содержащими внутренние газовые полости, с использованием растворов полимеров (по настоящему описанию и рекомендуемой литературе).

2. Выполнить эскизы герметизирующих конструкций с указанием размеров газовых полостей и поверхностей испарения в них паров растворителей.

3. Рассчитать последовательно давления в газовой полости: Р_Т при заданной температуре, давление насыщенных паров Р_Нi при повышенной температуре каждого растворителя в смеси растворителей, без учета мольной доли (использовать соотношения (1), (2) или (3), данные табл. 4.3),

а затем (по закону Рауля с учетом мольной доли) парциальные давления Р_Сi каждого растворителя (использовать соотношение (4)), общее давление Р_РС

смеси растворителей (соотношение (5)) и суммарное давление Р_ТР при повышении температуры (использовать соотношение (7)) при Х_РСП = 1, т.е. для случая чистой смеси растворителей, а не для раствора полимера). Результаты расчета занести в форму табл. 4.6.

4. Рассчитать значения давлений Р_РСД и Р_РСИ для заданной температуры, определив Р_КР (используя соотношения (9), (10) и (11)).

5. Определить (используя соотношения (13)) минимальную концентрацию раствора полимера (или отметить, что концентрация может быть произвольной).

6. Рассчитать общую массу растворителей в газовой полости, определив предварительно объем u полости, молекулярную массу m каждого растворителя в смеси растворителей и массу m_РПi паров испарившегося в газовую полость i -го растворителя с учетом концентрации раствора полимера (используя соотношения (15) и (16) и данные табл. 4.1-4.3). Результаты выполнения задания представить в виде табл. 4.7 и 4.8 для конкретного варианта.

7. Изучив теоретический материал, ответить на вопросы тестирования, представленные в электронном модуле.

8. Успешно ответив на вопросы тестирования проверить правильность проведенных расчётов согласно своему варианту, используя электронный модуль.

9. Используя электронный модуль ответить на вопросы, предлагаемые в качестве защиты работы. Полученную итоговую оценку показать преподавателю.

10. Провести анализ по результатам работы и сформулировать выводы.

Пример выполнения задания

 

Решение 1-го варианта задания может быть проведено в последовательности, которую покажем на примере (см. табл. 4.5 описания практического занятия № 4).

1) Определяем давление внутри замкнутой газовой полости в процессе термообработки при герметизации изделия с учетом заданной температуры и без учета паров растворителей:

=785,9 мм рт. ст.

Таблица 4.5.

Исходные данные для определения давления и массы паров растворителей в замкнутых воздушных полостях
при герметизации растворами полимеров (Р ₀=760 мм рт. ст., Т ₀=20 °С (293 К))

Вариант	Способ герметизации (герметизирующая конструкция)	Размеры газовой полости, мм х мм х мм	Значение коэффициента k	Используемые растворители*	Температура герметизации, °С (К)
	Заливка герметиком (металлополимерный корпус, см. рис. 4.3)	11 х 11 х 1,7	1,15	1-30; 4-40; 5-30 1-40; 4-20; 5-40 1-20; 2-20; 5-40 2-35; 5-15; 9-50 2-35; 4-20; 9-45	30 (303) 40 (313) 50 (323) 30 (303) 40 (313)
	Заливка герметиком (металлополимерный корпус, см. рис. 4.3)	10 х 16 х 1,7	1,1	6-40; 7-40; 8-20 6-30; 7-30; 8-40 6-20; 7-20; 8-60 1-20; 5-30; 9-50 1-30; 5-40; 9-30	30 (303) 40 (313) 50 (323) 30 (303) 40 (313)
	Обволакивание с образованием газовой полости под навесным компонентом монолитная конструкция, см. рис. 4.4)	5 х 5 х 0,2	1,05	5-20; 9-10; 10-70 5-30; 9-20; 10-50 5-50; 9-30; 10-20 5-30; 10-70 5-40; 10-60	30 (303) 40 (313) 50 (323) 30 (303) 40 (313)

 

*Первые цифры (от 1 до 10) соответствуют порядковым номерам растворителей в табл. 4.3;
вторые цифры – содержание данного растворителя в смеси, % по массе.

 

Форма табл. 4.6.

Рассчитанные параметры для заданного варианта

Обозначения	Численные значения
, мм рт. ст.
, мм рт. ст.
, мм рт. ст.
, мм рт. ст.
, мм рт. ст.
PPCД, мм рт. ст.
PPCИ, мм рт. ст.
, мм рт. ст.

 

2) Находим давление насыщенных паров при повышенной температуре каждого растворителя в смеси растворителей без учета их мольной доли:

=306,06 мм рт. ст.

=8,93 мм рт. ст.

=36,63 мм рт. ст.

3) Рассчитываем по закону Рауля парциальные давления каждого растворителя:

4) Находим общее давление смеси растворителей:

5) Определяем суммарное давление в замкнутой газовой полости при повышении температуры для случая чистой смеси растворителей при Х _рсп= 1 и с учетом остаточной атмосферы в полости:

6) Определяем значения критических давления и температуры, при которых нарушается целостность герметизирующей оболочки (значение коэффициента k приведено в табл. 4.5 описания настоящего практического занятия):

Следовательно, в данном случае неравенство Р_ТР < Р_КР не выполняется, так как 892,32 мм рт. ст. > 874 мм рт. ст., поэтому сначала проверим выполнение неравенства Р_КР > Р_Т, оно выполняется, так как 874 мм рт. ст. > 785,9 мм рт. ст., что дает возможность использовать растворители в составе герметизирующего материала, но в строго ограниченных количествах.

7) Находим значение допустимого давления паров растворителей:

8) Находим значение избыточного давления паров в газовой полости:

9) Определяем объем газовой полости:

10) Находим минимальную концентрацию полимера:

, или примем n_п = 2,053%.

11) Рассчитываем молекулярные массы каждого растворителя в смеси растворителей:

12) Находим массу каждого из паров i-го растворителя, испарившегося в газовую полость с учетом концентрации раствора полимера:

13) Определяем массу паров, испарившихся в газовую полость:

.

Результаты выполнения задания для варианта 1 сведены в табл. 4.7, представленную по форме табл. 4.6, и в виде табл. 4.8.

 

Выводы.

1. Так как суммарное давление в замкнутой газовой полости существенно возрастает с появлением растворителей, испаряющихся в эту полость при герметизации изделия, то расчет следует продолжить с целью поиска приемлемых режимов герметизации и определения концентрации полимера в составе герметизирующего материала (результаты расчетов занесены в табл. 4.7).

2. Эскиз сечения герметизирующей конструкции с пояснениями к ней представлен в табл. 4.8.

3. Для избежания дефектов при герметизации с использованием растворов полимеров, концентрация герметизирующего раствора полимера должна быть не менее = 2,053%, а масса испарившихся в замкнутую газовую полость растворителей – не более 7,17∙10^-5 г. При герметизации следует тщательно соблюдать температурный режим.

4. Все параметры, которые требовалось определить, найдены и задание можно считать выполненным.

Таблица 4.7.

Результаты выполнения задания

по варианту 1

Обозначения	Численные значения
, см3	0,21
, мм рт. ст.	106,379
, мм рт. ст.	892,32
, мм рт. ст.	785,9
, мм рт. ст.	306,06
, мм рт. ст.	8,93
, мм рт. ст.	36,63
, мм рт. ст.	91,819
, мм рт. ст.	3,57
, мм рт. ст.	10,99
, мм рт. ст.
, мм рт. ст.	88,06
, мм рт. ст.	18,32
, г 10-5	5,69·10-5
, г 10-5	0,4·10-5
, г 10-5	1,08·10-5
, г 10-5	7,17·10-5
, а. е. м.	58,081
, а. е. м.	106,168
, а. е. м.	92,141
, %	2,053

Таблица 4.8.

Эскиз сечения герметизирующей конструкции

с краткими пояснениями (к варианту 1)

 

Разновидность герметизирующей конструкции	Способ герметизации	Эскиз
Металлополимерный корпус	Заливка компаундом (капсулиро-вание)	1 – металлический колпачок; 2 – керамическая подложка; 3 – компаунд; 4 – внешний вывод микросборки; 5 – замкнутая газовая полость, в которой находятся и компоненты микросборки

Контрольные вопросы

1. Какие герметизирующие конструкции можно отнести к конструкциям, содержащим замкнутые газовые полости?

2. По каким причинам возможны повреждения герметизирующей оболочки в конструкциях, содержащих замкнутые газовые полости?

1. Какова причина появления дефектов в герметизирующей оболочке при герметизации конструктивов ЭВС компаундами, не содержащими растворители?

2. Какими мерами можно уменьшить величину D Р_Т?

3. Можно ли получить D Р_Т =0 в период отверждения герметизирующего компаунда?

4. В чем сущность закона Рауля и в каких случаях он применим?

7. Назовите технологические средства уменьшения общего давления в замкнутой полости, содержащей полимерный материал, при повышении температуры.

8. Какими мерами можно уменьшить величину Р_РС?

9. Можно ли получить D Р_Р =0 в период отверждения герметизирующего раствора полимера?

10. При каких технологических условиях процесса герметизации нельзя использовать в составе герметизирующего компаунда растворитель?

11. Зависит ли образование дефектов от вида герметика?

12. На какой стадии термообработки при герметизации (с применением полимерных материалов) изделия наиболее вероятно образование дефектов в оболочке?

13. Какое математическое соотношение является основополагающим для регулирования давления в замкнутых газовых полостях?

14. В чем состоит сущность решения основной практической задачи при разработке процесса бездефектной герметизации, если для этого используют растворы полимеров?

15. Как влияет повышение температуры кипения растворителя на давление Р_Р в газовой полости при постоянной температуре и в состоянии равновесия?

16. Как влияет температура кипения растворителя на изменение давления Р_Р?

17. Как изменяется Р_Р при повышении вязкости герметизирующей оболочки?

18. Как изменяется Р_Р в полости при увеличении влагосодержания герметика?

 

Рекомендуемая литература

1. Волков В.А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств. -М.: Радио и связь, 1982. - С. 4, 5; 77-87.

2. Роздзял П. Технология герметизации элементов РЭА. / Под ред.

В.А. Волкова. - М.: Радио и связь, 1981. - С. 3-6; 87-108;160-211.

3. Волков В. А., Заводян А. В. Производство перспективных ЭВС. Ч. 1. - М.: МИЭТ, 1998. - С. 91-118.

 

* Термин "многослойные" КП обычно в литературе используют вместо "многоуровневые" КП, что не следует путать с термином "одно- и многослойные" структуры коммутации, когда структура одного или нескольких уровней коммутации является сложной, т.е. формируется из нескольких проводящих материалов (например, хром – медь – олово - висмут).