Защита поверхности p-n-переходов лаками и эмалями

Защищают p-n-переходы от внешних воздействий тонкими слоями специальных лаков и эмалей, наносимых на место выхода перехода на поверхность. Покрытие плотно сцепляется с поверхностью полупроводника и предотвращает доступ водяных паров, кислорода и др. Достоинством метода является его простота и технологичность.

Защита p-n-переходов методом лакировки имеет ряд недостатков. К основным из них следует отнести то, что применяемые в настоящее время лаки не отвечают требованиям, предъявляемым полупроводниковой технологией : недостаточно влагостойки, плохо переносят резкое изменение температуры окружающей среды, растрескиваются или отслаиваются при низких температурах.

Кроме перечисленных недостатков, следует отметить еще один важный недостаток лаков- их способность создавать в приповерхностном слое полупроводника значительные механические напряжения, что объясняется разными коэффициентами термического расширения лака и полупроводникового материала. Таким образом, качество защиты p-n-переходов и свойства лакированных приборов зависят от свойств лаков.

В качестве исходных материалов для лаков используются кремнийорганические смолы, обладающие высокой влагостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Однако чистые кремнийорганические лаки имеют ряд недостатков ( трескаются при низких температурах, недостаточно сцепляются с полупроводниками, хрупки) , которые устраняют введением модифицирующих добавок и специальных наполнителей. Некоторые свойства наиболее употребительных лаков и эмалей приведены в таб. 26. При выборе защитного покрытия ( лака или эмали ) необходимо исходить из эксплуатационных требований, которые предъявляют к конкретному полупроводниковому прибору.

Важным фактором при защите p-n-переходов лаков является чистота лакируемой поверхности, которая должна быть тщательно протравлена, промыта и высушена. После сушки p-n-переходы переносят в специальных вакуумных эксикаторах в скафандры, в которых носят лак на поверхность кристалла. При нанесении лакового покрытия лак набирают в шприц и осторожно небольшими порциями выдавливают на поверхность полупроводникового кристалла. Для покрытия круглых структур применяют различные полуавтоматические приспособления. Сушат лак в специально выделенных термостатах. Режим сушки зависит от вида лака или эмали, а также типа прибора.

Лак К-1 — довольно густая, почти прозрачная масса вязкостью 80–100 сСт при 20 С. Плёнка этого кремнийорганического лака после полимеризации при 130–150 С в течение не менее 4 ч почти прозрачна и удовлетворительно переносит термоциклирование. Термостойкость около 200 0С. Применяют лак К-1 в основном для защиты сплавных кремниевых p-n-переходов. Наносят лак иглой шприца или тонкой стальной проволокой, окуная ее в тигелек с лаком. При нанесении лак не полностью переходит с иглы ( или проволоки ) на кристалл, что приводит к утолщению ее кончика, которое удаляют, протирая иглу миткалем, смоченным в спирте.

Лак К-55 –густая прозрачная вязкая масса желтоватого цвета, приготавливаемая из полиорганосилоксановой смолы. Защитная пленка образуется на поверхности полупроводникового кристалла после обработки при 130-1500С в течении 2-3 ч. Удельное объемное сопротивление пленки при 200С равно 1013 Ом×см, а при 200 0С-1012Ом×см. После пребывания пленки в атмосфере с повышенной влажностью ( 98%) ее объемное сопротивление снижается до 1011 Ом×см. Термостойкость 150-1800С.

Лак К-57 –прозрачная вязкая масса светло-желтого цвета.Время высыхания пленки лака при температуре 2000С равно 1-1,5 часа. Удельное сопротивление при 200С равно 1014 Ом×см, а при 2000С –1012Ом см. Термостойкость 180-2000С. Пленка обладает высокой влагостойкостью и стойкостью к термоциклическому изменению температуры. Рекомендуемый режим сушки: выдержка 10 часов при 150-1700С.

Лак МК-4У –вязкая масса желтого цвета. Связующим веществом является кремнийорганическая смола , модифицированная полиэфирами и эпоксидными смолами, а в качестве наполнителя в смолу вводиться слюда мусковит. Рекомендуемый режим сушки: выдержка 2 ч при 1800С. Удельное объемное сопротивление при 200С равно 1014 Ом*см. Термостойкость 180-2000С.

Защитный лак ПЭ-518 – терефталевоглицириновой смолы ТФ-4 в циклогексане; прозрачная жидкость от светло- до темно-жёлтого цвета. Обладает термостойкостью в диапазоне температур от –60 до +100С. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 106 Гц равен 0,04. Удельное объёмное сопротивление равное в обычных условия 1014 Ом*см, после пребывание во влажной среде атмосфере в течении 48 часов снижается до 1012 Ом*см. Применяется для защиты p-nпереходов от воздействия влаги и воздуха.

Защитный лак КО-938В — раствор кремнийорганической смолы и толуола, модифицированный полиэфиром; жидкость коричневого цвета. Перед употреблением в лак добавляют сиккатив. Содержание сухого остатка равно 50%. Плёнка высыхает при 150 С в течение 30 мин. Адгезионная прочность 8*104 Н/м2. Электрическая прочность при 20 С равна 75 кВ/мм, при 200 С — 40 кВ/мм, а после воздействия влажной атмосферы в течении 48 часов —50 кВ/мм. Удельное объёмное электрическое сопротивление при 20 С равна 1014 Ом*см, а при 200 С — 1012 Ом*см. Диэлектрическая проницаемость на частоте 106 Гц при 20 С равна 4, а тангенс диэлектрических потерь при тех же условиях – 6*10-4 . Применяется для защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих при температурах до 200 С, а также в качестве адгезионного подслоя для эластичные заливочные компаунды.

Кремнийорганический лак КО-961-п — раствор полиметилвинилфенолсилоксилазана в толуоле; бесцветная или светло-жёлтая жидкость без механических примесей. Содержание сухого остатка не привышает 57-63%. Плёнка высыхает при 20 С в течение 60 минут. Электрическая прочность при 20 С равна 85 кВ/мм, а при 150 С — 5 кВ/мм. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см, а при 150 С — 1012 Ом*см. Покрытия обладают хорошей влагостойкостью и высокими диэлектрическими характеристиками. Тангенс угла диэлектрических потерь – 0,003. Диэлектрическая проницаемость 4,5. Лак легко воспламеняется: нижний температурный предел воспламеняемости насыщенных паров в воздухе 8 С, а верхний 36 С. Предельно допустимая концентрация раров лака в воздухе составляет 10–20 мг/м3.

Лак сульфон —раствор полисульфонамида на основе изофталеновой кислоты и 3,3-диаминодифенисульфона в диметилацетамиде или диметилформамиде; жидкость желтоватого цвета. Содержание сухого остатка не превышает 15%. Удельное объёмное сопротивление при 20 С равно 1014 Ом*см , при 200 С — 1012 Ом*см, а при 48-часовом воздействии влаги (95%) и 55 С — 1013 Ом*см. Электрическая прочность при 20 равна 50 кВ/мм. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 103 Гц при температуре 20 С равен 0,02, а диэлектрическая постоянная при тех же условиях – 4. Применяется для защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих в интервале температур от –60 до +200 С.