DD283312A3

DD283312A3 - METHOD AND DEVICE FOR HERMETIZING HYBRID CIRCUITS

Info

Publication number: DD283312A3
Application number: DD82240311A
Authority: DD
Inventors: Gerrit Herbst
Original assignee: ��@��k��`@��@��@��k��
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1990-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft die Hermetisierung von Hybridschaltkreisen zum Schutz gegen mechanische und klimatische Einfluesse. Es ist das Ziel, Hybridfilmschaltungen mit ungeschuetzten diskreten Einbauelementen fuer einen Klimabereich von mindestens 233 bis 375 Kelvin hermetisch zu verschlieszen und als mechanisch feste mikroelektronische Hybridschaltkreise herzustellen. Die ungeschuetzten diskreten Einbauelemente eines Hybridschaltkreises werden selektiv mit selektiertem hoeher viskosen Silikonfett formschluessig umhuellt, dann der Hybridschaltkreis erhitzt und anschlieszend unter vermindertem Luftdruck kurzzeitig gelagert und schnell belueftet, danach erneut erhitzt und mit negativ Fotolack beschichtet, der bei ultraviolettem Licht vernetzt und ausgehaertet und danach der Hybridschaltkreis in einer jeweiligen Form mit Polyurethan vergossen oder tauchumhuellt wird. Als Anwendungsgebiet kommen die Bauelementefertigung fuer Hybridschaltkreise in Betracht.The invention relates to the hermeticization of hybrid circuits for protection against mechanical and climatic influences. The aim is to hermetically seal hybrid film circuits with unguarded discrete mounting elements for a climate range of at least 233 to 375 Kelvin, and to fabricate them as mechanically strong microelectronic hybrid circuits. The ungeschukten discrete components of a hybrid circuit are selectively umhuellt selectively with selected high viscous silicone grease, then the hybrid circuit heated and then briefly stored under reduced air pressure and quickly belueftet, then reheated and coated with negative photoresist, which crosslinked and cured in ultraviolet light and then the Hybrid circuit in a particular form with polyurethane potted or dipped umhuellt. As a field of application, the component manufacturing for hybrid circuits come into consideration.

Description

Explanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wirdThe technical problem which is solved by the invention

Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Erfüllung der Zielstellung anzugeben.The object is to provide a method and associated apparatus for achieving the objective.

Features of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ungeschützten diskreten Einbauelemente eines vorgefertigen Hybridschaltkreises 1 vorwiegend selektiv mit selektiertem höher viskosem Silikonfett formschlüssig umhüllt werden, dann der Hybridschaltkreis erhitzt und anschließend unter vermindertem Luftdruck kurzzeitig gelagert und schnell belüftet wird, der Hybridschaltkreis 1 ernaut erhitzt und seine gesamte Einbauelementeseite mit einem Negativ-Fotolack bis zum Erreichen einer geschlossenen Oberfläche beschichtet und nach Aushärtung dieses Lackes der gesamte Hybridschaltkreis 1 bis zu den Außenanschlüssen mit dem gleichen Typ des Negativ-Fotolacks beschichtet wird, dann die Fotolackschicht mit ultraviolettem Licht vernetzt und nachgehärtet wird und danach der Hybridschaltkreis 1 mit den Außenanschlüssen in einer jeweiligen wiederverwendbaren Form eingebettet und sein Umfeld mit Polyurethan ausgegossen oder tauchumhüllt wird.According to the invention, this object is achieved in that the unprotected discrete mounting elements of a prefabricated hybrid circuit 1 are predominantly selectively encapsulated with selected higher viscosity silicone grease, then heated the hybrid circuit and then stored under reduced air pressure for a short time and aerated quickly, the hybrid circuit 1 reharmed and rehearsed entire surface of the package element is coated with a negative photoresist until a closed surface is achieved and after curing of this varnish the entire hybrid circuit 1 is coated to the external terminals with the same type of negative photoresist, then the photoresist layer is crosslinked and post cured with ultraviolet light and thereafter the hybrid circuit 1 is embedded with the external terminals in a respective reusable form and its environment is poured out or dip-wrapped with polyurethane.

Durch die Anwendung des Verfahrens können Hybridschaltkreise in festen Plastumhüllungen hermetisiert werden, wobei die Grenzschicht zwischen dem Negativ-Fotolack und dem Polyurethan eine Diffusionssperre für Wassermoleküle bildet.By using the method, hybrid circuits can be hermetically sealed in solid plastic envelopes, with the interface between the negative resist and the polyurethane forming a diffusion barrier to water molecules.

Die zugehörige Vorrichtung besteht aus einer an sich bekannten Dosiereinrichtung 2, Lacksprüheinrichtung 5, Lackbeschichtungseinrichtung 6, Temperaturanlage 3, Vakuumanlage 4 und Belichtungsanlage 7, einer jeweiligen wiederverwendbaren Form 9, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, einer Polvurethan-Vergußanlage 8 oder Tauchumhüliungseinrichtung.The associated device consists of a known metering device 2, paint spraying device 5, paint coating device 6, temperature system 3, vacuum system 4 and exposure system 7, a respective reusable mold 9, preferably made of silicone rubber, a Polvurethan-Vergußanlage 8 or Tauchumhüliungseinrichtung.

Mit der Vorrichtung können Hybridfilmschaltungen ohne Einschränkung der Bauform und speziell der Gerätetechnik angepaßt, investitionsgünstig auch in kleineren Stückzahlen ökonomisch hergestellt werden.With the device hybrid film circuits can be adapted economically without restriction of the design and especially the device technology, investment favorable even in smaller quantities.

Eine Form zum Polyurethanverguß besteht aus einem Silikonkautschukgrundkörper 24 mit einem oben offenen Hohlraum 25, der der Bauform der fertigzustellenden Hybridfilmschaltung entspricht und an der Unterseite des Hohlraumes 25 enthaltenen Druchbrüchen 26, zur Aufnahme der Außenanschlüsse 21 und einer darunterliegenden Einsteckbegrenzungsplatto 27.A mold for polyurethane grout consists of a silicone rubber base body 24 with an open-top cavity 25, which corresponds to the design of the hybrid film circuit to be finished and Druchbrüchen 26 contained on the underside of the cavity 25, for receiving the outer terminals 21 and an underlying Einsteckbegrenzungsplatto 27th

Eine weitere Form zum Polyurethanverguß besteht aus einem Silikonkautschukgrundkörper 28 mit oben offenem Hohlraum 29, der der Bauform der fertigzustellenden Hybridfilmschaltung entspricht, mit in der Oberflächenseite des Silikonkautschukgrundkörpers 28 außerhalb des offenen Hohlraumes 29 enthaltenen Strukturen 30, zur formschlüssigen Aufnahme der Außenanschlüsse und einer Maske 31, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen, zum Verschluß der Oberllä'chenseite.Another form for polyurethane encapsulation consists of a silicone rubber base body 28 with open-top cavity 29, which corresponds to the design of the hybrid film circuit to be finished, with structures 30 contained in the surface side of the silicone rubber base body 28 outside the open cavity 29, for the positive reception of the external connections and a mask 31, preferably made of polytetrafluoroethylene, for closing the Oberllä'chenseite.

Eine Form zur Tauchumhüllung mit Polyurethan besteht aus einem Silikonkautschukgrundkörper 32 mit einer Senke 33, die der Bauform eines Sockels des Schaltktuises entspricht und Durchbrüchen 34 zur Aufnahme der Außenanschlüsse des Schaltkreises und zwei Ablauf kanten 35, die an der oberen Begrenzung der Senke 33 sich im spitzen Winkel anschließen.A mold for Tauchumhüllung with polyurethane consists of a silicone rubber body 32 with a sink 33, which corresponds to the design of a base of Schaltschaltuises and breakthroughs 34 for receiving the outer terminals of the circuit and two flow edges 35, at the upper limit of the sink 33 in an acute Connect angle.

embodiment

In einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigenIn one embodiment, the invention will be explained in more detail. The accompanying drawings show

Fig. 1: Anlage zur Hermetisierung von HybridschaltkreisenFig. 1: System for hermetizing hybrid circuits

Fig.2: Schnittdarb.ellung einer HybridfilmschaltungFig.2: Schnittdarb.ellung a hybrid film circuit

Fig. 3: Schnittdarstellung einer Hybridfilmschaltung mit KühlkörperFig. 3: sectional view of a hybrid film circuit with heat sink

Fig. 4: Schnittdarstellung einer Silikonkautschukform für Hybridschaltkreise in der Bauform mit senkrechten AußenanschlüssenFig. 4: sectional view of a silicone rubber mold for hybrid circuits in the design with vertical external connections

Fig. 5: Schnittdarstellung einer Form für Hybridschaltkreise in der Bauform mit waagerechten AußenanschlüssenFig. 5: sectional view of a mold for hybrid circuits in the design with horizontal external connections

Fig. 6: Schnittdarstellung einer Silikonkautschukform zur Tauchumhüllung.Fig. 6: sectional view of a silicone rubber mold for Tauchumhüllung.

Zur Durchführung des Prozesses dsr Passivierung der Hybridfil.nschaltungen mit ungeschützten diskreten Einbauelementen eignet sich jede Mengendosiereinrichtung, Temperaturanlage, Vakuumkammer, Lacksprüheinrichtung, Lackbeschichtungsanlage und Belichtungsanlage mit ultravioletter Strahlung. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß nach Positionierung der Austrittsdüse der Dosiereinrichtung 2 über dem jeweiligen Einbauelement, bestehend aus dem elektronischen Bauelement 13, den Bonddrähten 14 und dem mechanischen Teilabschnitt 17 der Verlustwärmeableittr 16, eine tropfenförmige Freigabe des Silikonfettes erfolgt. Dazu wird das Silikonfett (vom Typ NP53 mit seinem Verdickungsmittel Molybdändisulfid) durch Toluol gelöst und nach einer Sedimentation werden die dünnflüssigen Bestandteile dieser Lösung entfernt. Der verbleibende Rest wird durch Toluol so eingestellt, daß ein Redecken der Einbauelemente gerade noch möglich ist, das Silikonfett 15 aber noch nicht verläuft. Durch diese Selektion wird ein Silikonfett 15 gewonnen, das eine höhere Viskosität besitzt. Weiterhin wird bei dieser Selektion erreicht, daß eine weitere Verringerung der Verdampfungsverluste und der Ausblutung eintritt sowie eine geringe Kompressibilität entsteht. Auch werden die Löslichkeit herab- und der Tropfpunkt heraufgesetzt.To carry out the process of passivating the hybrid filter circuits with unprotected discrete built-in elements, each metering device, temperature system, vacuum chamber, paint spraying device, lacquer coating device and exposure device with ultraviolet radiation is suitable. The device is constructed so that after positioning the outlet nozzle of the metering device 2 above the respective mounting element consisting of the electronic component 13, the bonding wires 14 and the mechanical portion 17 of the loss of heat dissipation 16, a drop-shaped release of the silicone grease. For this purpose, the silicone grease (type NP53 with its thickening agent molybdenum disulfide) is dissolved by toluene and after sedimentation, the thin components of this solution are removed. The remainder is adjusted by toluene so that a Redecken the installation elements is just possible, the silicone grease 15 but not yet runs. By this selection, a silicone grease 15 is obtained, which has a higher viscosity. Furthermore, it is achieved in this selection that a further reduction of the evaporation losses and the bleeding occurs and a low compressibility arises. Also the solubility is lowered and the dropping point is increased.

Mit der Dosiereinrichtung 2 wird das selektierte höher viskose Silikonfett 15 auf die Einbauelemente des auf 353 Kelvin vorgewärmten Hybridschaltkreises 1 aufgebracht. Durch diese Vorwärmung wird das Zerlaufen des Silikonfettes 15 weitgehend verhindert. Nachdem die formschlüssige Umhüllung der jeweiligen Einbauelemente erfolgte, schließt sich eine Erhitzung des Hybridschaltkreises 1 auf 413 Kelvin in der Temperaturanlage 3 an, wordurch das Lösungsmittel Toluol verdunstet. Unmittelbar danach wird der Hybridschaltkreis 1 in der Vakuumanlage 4 bei S 5 Pascal kurzfristig gelagert und schnell belüftet, wodurch Lösungsmittelreste und Gasblasen aus der Silikonfettumhüllung entfernt werden. Eine derartige Umhüllung der diskretenWith the metering device 2, the selected higher-viscosity silicone grease 15 is applied to the mounting elements of the preheated to 353 Kelvin hybrid circuit 1. By this preheating the bleeding of the silicone grease 15 is largely prevented. After the form-fitting wrapping of the respective installation elements took place, heating of the hybrid circuit 1 to 413 Kelvin follows in the temperature system 3, as a result of which the solvent toluene evaporates. Immediately thereafter, the hybrid circuit 1 is briefly stored in the vacuum system 4 at S 5 Pascal and aerated quickly, whereby solvent residues and gas bubbles are removed from the silicone grease wrap. Such an enclosure of the discrete

Built-in elements ensures the degradation of Thermostreß through the ductile material. Because the silicone grease 15 is not compressible

ist, können bei Stoß- und Schwingungsbelastungen keine Bonddrahtzerstörungen durch Eigenresonanzen auftreten. Weiterhinwird durch dieses Silikonfett 15 eine gute Wärmeverteilung erreicht. Es erfolgt nun eine erneute Erhitzung desis, can occur under shock and vibration loads no bonding wire destructions by natural resonances. Furthermore, this silicone grease 15 achieves good heat distribution. There is now a re-heating of the

Hybrid circuit 1 in the temperature system 3 to 403 Kelvin. In the coating of the mounting elements, the substrate 10;

und des Schichtsystems 11 mit dem Negativ-Fotolack 18, vom Typ SCR 3.4a, in der Lacksprüheinrichtung 5 wird einegeschlossene Bedeckung erreicht, wobei durch die Wärme das Lösungsmittel des Lackes schnell entweicht. Da diese ersteand of the layer system 11 with the negative photoresist 18, of the type SCR 3.4a, in the paint spraying device 5, a closed covering is achieved, wherein the solvent rapidly escapes from the solvent due to the heat. Because this first

Lacquer layer is not allowed to dissolve the Silikonfettumhüllungen, it is relatively thin. After another heating up

403 Kelvin in der Tempe^raturanlage 3, zwecks Aushärtung, erfolgt eine bis auf 5 Mikrometer starke Gesamtbeschichtung des403 Kelvin in Tempe aturanlage ^r 3, for the purpose of curing, takes place up to 5 micrometers thick coating of the total

Hybrid circuit 1 bi & to the external terminals 12; 21 with the same type of nagative photoresist 18 in the Paint coating device 6. The subsequent sealing of the hybrid circuit 1 is carried out by re-heating to 403 Kelvin, the crosslinking

des Negativ-Fotolacks 18 mit ultraviolettem Licht in der Belichtungsanlage 7 und der nachfolgenden Aushärtung bei 413 Kelvinin der Temperaturanlage 3.of the negative photoresist 18 with ultraviolet light in the exposure unit 7 and the subsequent curing at 413 Kelvin in the temperature system 3.

For capping the Hybridachaltkreises 1 with polyurethane type V84 with special fillers, for example for Improving thermal conductivity and shielding of magnetic and electric fields will be his External terminals embedded in a reusable mold 9 and the free environment of the located in the mold 9 Hybrid circuit 1 with polyurethane poured. The polyurethane sheaths 19; 23 are in terms of strength and hardness of the hybrid circuit size with respect to the expected

mechanischen Festigkeit durch verschiedene Mischungsverhältnisse der Polyurethanvarianten anzupassen.mechanical strength to be adjusted by different mixing ratios of polyurethane variants.

Through the open-top molds for polyurethane is the possibility exist loss heat dissipator 16; 22 of the Directly dissipate loss-heat-generating installation elements.

Claims

1. A method for hermetizing hybrid circuits, characterized in that the unprotected discrete components of a prefabricated hybrid circuit (1) are predominantly selectively encapsulated selectively with selected higher viscosity silicone grease, then heated the hybrid circuit (1) and then briefly stored under reduced air pressure and aerated quickly the hybrid circuit (1) is reheated and its entire package side coated with a negative photoresist until it reaches a closed surface, and after curing this varnish, the entire hybrid circuit (1) to the outlets with the same type of negative-f ink then the photoresist layer is crosslinked and post cured with ultraviolet light, and then the hybrid circuit (1) is embedded with the external terminals in a respective reusable form, and its environment is poured or dipped in polyurethane becomes.

2. Apparatus for carrying out the method according to item 1, characterized in that the device consists of a known metering device (2), Lacksprüheinrichtung (5), paint coating device (6), temperature system (3), vacuum system (4) and exposure system (7 ), a respective reusable mold (9), preferably made of silicone rubber, a polyurethane potting (8) or Tauchumhüllungsanlage consists.

3. mold for the device according to item 2, the polyurethane grout, characterized in that the mold of a Silikonkautschukyrundkörper (24) with an open-topped cavity (25), which corresponds to the design of the finished hybrid film circuit and in the bottom of the cavity (25) contained Breakthroughs (26), for receiving the outer terminals (21) and an underlying Einsteckbegrenzungsplatte (27).

4. casting mold for the device according to item 2, for Polyurethanverguß, characterized in that the mold consists of a silicone rubber base body (28) with open-top cavity (29), which corresponds to the design of the finished hybrid film circuit, with in the surface side of the silicone rubber base body (28) outside the open cavity (29) contained structures (30), for the positive reception of the external terminals and a mask (31), preferably made of plytetrafluoroethylene, for sealing the surface side exists.

5. Tauchumhüllungsform to the device according to item 2, for Tauchumhüllung with polyurethane, characterized in that the mold of a silicone rubber body (32) having a recess (33), which corresponds to the design of a base of the circuit and openings (34) for receiving the outer terminals of the Circuit and two trailing edges (35) which connect at the upper boundary of the sink (33) at an acute angle exists.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to the hermeticization of hybrid circuits for protection against mechanical and climatic influences.

Characteristic of the known technical solutions

It is known to hermetically seal hybrid circuits by means of metal or ceramic housing and to protect them against external mechanical and climatic influences. In this case, the prefabricated hybrid circuit is mounted in the first housing half, which contains the external terminals, attached and made the electrical connections between the external terminals and the hybrid circuit. Thereafter, the application of the second housing half, which is closed with the first housing half by welding, soldering or blowing under a protective gas atmosphere. Such blocked hybrid circuits are suitable for a climate range of 213 to 423 Kelvin. These closure methods are very expensive in terms of investment. Furthermore, only high volume hybrid film circuit designs can be economically produced. All known hermetic packages for hybrid circuits have the technical disadvantage that loss of heat from built-in elements can not be dissipated without stringing different thermal resistances from the hybrid film circuits.

Object of the invention

The aim is to hermetically seal hybrid film circuits with unprotected discrete paving elements for a climate range of at least 233 to 373 Kelvin and to fabricate them as mechanically strong microelectronic hybrid circuits. With the new method and the device, different external connection variants and different designs with loss-heat dissipators can be realized for hybrid film circuits.