Порядок выполнения задания
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: РТ при заданной температуре, давление насыщенных паров РНi 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 РСi каждого растворителя (использовать соотношение (4)), общее давление РРС
смеси растворителей (соотношение (5)) и суммарное давление РТР при повышении температуры (использовать соотношение (7)) при ХРСП = 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 РРСД и РРСИ для заданной температуры, определив РКР (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 mРПi 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 (Р0=760 мм рт. ст., Т0=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 Хрсп= 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 РТР < РКР не выполняется, так как 892,32 мм рт. ст. > 874 мм рт. ст., поэтому сначала проверим выполнение неравенства РКР > РТ, 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 nп = 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 
7,1710-5 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 DРТ?
3. Можно ли получить DРТ =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 РРС?
9. Можно ли получить DРР =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 РР в газовой полости при постоянной температуре и в состоянии равновесия?
16. Как влияет температура кипения растворителя на изменение давления РР?
17. Как изменяется РР при повышении вязкости герметизирующей оболочки?
18. Как изменяется РР 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).