Способ лазерной пайки вывода полупроводникового прибора к металлизированному диэлектрическому основанию

 

Изобретение относится к пайке, в частности к способам лазерной пайки вывода полупроводникового прибора к металлизированному диэлектрическому основанию. Цель изобретения - повышение качества и прочности паяного соединения. В выводе полупроводникового прибора создают углубление в виде паза, ширина которого у основания равна диаметру лазерного луча Угол между кромками скоса паза выбирают в диапазоне от а + 35° до а + 55°, где а - угол сходимости лазерного луча Толщину стенки дна паза выбирают в диапазоне 1 /4- - 1/3 диаметра вывода Толщина верхнего слоя припоя на металлизации диэлектрического основания должна быть не менее 12 мкм, а длительность импульса лазерного излучения должна быть не менее 2,5 мс. Способ пайки увеличивает процент выхода годных изделий, повышает производительность труда за счет сокращения времени прогревания зоны пайки 1 табл , 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 1/005

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ;пгп л ; r, 1,U

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709420/27 (22) 26.06.89 (46) 15.12.91. Бюл. ¹ 46 (72) И.И, Кужель, С,К. Беляев, В,Ф, Савичев и В,А. Петровский (53) 621.791.3 (088,8) (56) Заявка Великобритании

N 2143759, кл. B 23 К 15/00, 20.02.1985. (54) СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ПАЙКИ ВЫВОДА

ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА К МЕТАЛЛИЗИРОВАННОМУ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ОСНОВАНИЮ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к способам лазерной пайки вывода полупроводникового прибора к металлизированному диэлектрическому основанию..

Цель изобретения — повышение качества и прочности паяного соединения. В выводе

Изобретение относится к пайке, в частности к способу лазерной пайки вывода полупроводникового прибора к диэлектрическому металлизированному основанию.

Целью изобретения является повышение качества и прочности паяного соединения.

Лазерная пайка вывода полупроводникового прибора к металлизированному диэлектрическому основанию осуществляется дефокусированным лазерным лучом, эа счет создания в выводе полупроводникового прибора углубления в виде паза, ширина которого у основания равна диаметру лазерного луча, направленного в углубление. Угол между кромками скоса паза выбирают в диапазоне от а + 35 до а + 550, где а- угол сходимости лазерного луча, толщину стенки дна паза выбирают в диапазоне 1/4 — 1/3 диаметра вывода, причяем толщина верхне. Ж,„1697991 Al

2 полупроводникового прибора создают углубление в виде паза, ширина которого у основания равна диаметру лазерного луча.

Угол между кромками скоса паза выбирают в диапазоне от а+ 35 до а + 55, где а— угол сходимости лазерного луча, Толщину стенки дна паза выбирают в диапазоне 1/4- 1/3 диаметра вывода, Толщина верхнего слоя припоя на металлиэации диэлектрического основания должна быть не менее 12 мкм, а длительность импульса лазерного излучения должна быть не менее 2,5 мс. Способ пайки увеличивает процент выхода годных изделий, повышает производительность труда за счет сокращения времени прогревания зоны пайки, 1 табл., 2 ил.

ro слоя припоя на металлизации диэлектрического основания не менее 12 мкм, а длительность импульса лазерного излучения не менее 2,5 мс, В зависимости от длины паяного шва, диаметра дефокусированного лазерного луча и шага расположения пятен нагревания вывода нагревание вывода проводят в нескольких точках, в которые направлен лазерный луч.

Количество точек для образования паяного шва определяют иэ соотношения

I п=K — — 1 (! где n — количество точек, шт„

1 — длина паяного шва, мм;

d — диаметр дефокусированного лазерного луча, мм;

1697991

20

35

К вЂ” коэффициент. перемещения зон нагревания.

Выбранная толщина стенки дна паза в выводе обеспечивает стабилизацию процесса лазерной пайки. В случае увеличения толщины стенки дна паза за пределы 1/3 диаметра вывода для проведения пайки требуется большая затрата энергии лазерного луча. Уменьшение толщины стенки менее 1/4 диаметра вывода приводит к нестабильности процесса пайки. Толщина слоя припоя, покрывающего металлизацию основания, не менее 12 мкм требуется для получения хорошего пропаивания места соединения.

Длительность. импульса лазерного луча составляет не менее 2,5 мс, определяется достаточным временем прогревания материалов вывода и металлизации диэлектрического основания для плавления и растекания припоя и заполнения зазоров припоем, Результаты выполнения лазерной пайки вывода, имеющего различные конструктивные характеристики паза, при определенной толщине покрытия и величине длительности импульса излучения и характеристики прочности соединения представлены в таблице, Пример. Осуществляли пайку лучом лазера медного вывода полупроводникового прибора с металлизированными диэлектрическими основаниями. Диаметр медного вывода был равен 400 мкм, а металлизированное основание представляло собой си, талловую подложку толщиной 500 мкм, на которую были нанесены следующие металлизации в следующей последовательности: слой хрома толщиной 500 А обеспечивает адгезию последующих металлизированных слоев к основанию; слой меди толщиной 8 мкм, выполняющий функцию электрического проводника, слой никеля (2 мкм). обеспечивающий защиту медного слоя от окисления и коррозии. Последним слоем был припой толщиной 12 мкм. Этот слой обеспечивает получение паяного соединения. В качестве припоя был выбран сплав олово. Висмут.

Медный вывод был предварительно отформован и имел следующие конструктивные размеры: ширина паза (Ь) 0,5 мм; толщина дна паза вывода (д1) 100 мкм, толщина слояприпоя из сплава олово-висмут (дг) 12 мкм; угол скоса кромок паза вывода (c ) 60 ; длина паяного шва (I) 1,5 мм; диаметр медного вывода (d ) 0,4 мм, коэффициент шага паяного соединения (К) 1,0.

Число точек для образования паяного соединения определяли по формуле:! 1,5 и =К вЂ” — 1 =1,0 — 1 =2точки

d. 0,5

Для получения сравнительных данных проводилась пайка лучом лазера медного вывода к металлизации диэлектрического основания. Вывод имел различные конструктивные размеры: Ь,д1, а1

На фиг. 1 показано соединение вывода полупроводникового прибора с металлизированной диэлектрической пластиной; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1, Полупроводниковый прибор, изготавливаемый с использованием способа лазерной пайки, изображен на фиг. 1, где лазерный диод 1 устанавливают на медной пластине 2, присоединяют к металлизированной ситалловой подложке 3 проводниками 4. Медный вывод 5, имеющий паз длиной

I, припаивают к пластине 3, являющейся металлизированным диэлектрическим основанием, Места непосредственного контакта лазерного луча с дном паза обозначены позицией 7, На фиг. 2 изображен лазерный луч 6, нагревающий дно паза шириной Ь, причем угол сходимости лазерного луча а, а угол между кромками скоса паза составляет Q> причем 1= а+ (35 — 55 ), толщина стенки дна паза 0> а толщина слоя-припоя из сплава олово — висмут А

При выборе режима пайки и конструктивных характеристик паза для проведеНия пайки с определенными прочностью и качеством соединения следует руководствоваться таблицей.

Использование изобретения позволяет повысить процент выхода годных изделий, производительность труда за счет сокращения времени прогревания зоны пайки, кроме того, позволяет создавать полупроводниковые приборы, допускающие высокие токовые нагрузки.

Формула изобретения

Способ лазерной пайки вывода полупроводникового прибора к металлизированному диэлектрическому основанию, согласно которому вывод устанавливают на слой припоя, нанесенный на поверхность металлизации, а пайку осуществляют дефокусированным лазерным лучом, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества и прочности паяного соединения, в выводе выполняют углубление в виде паза, ширина которого у основания равна диаметру лазерного луча, направленного в углубление, угол между кромками скоса паза выбирают в диапазоне от а+35 до а +

1697991

Длительность им пульса излучения, Угол скоса кромок паза вывода >

Толщина дна паза вывода> мм

В рина паза, мм

Толщина слоя покрытия припоя, мм

Качество паяного соединения

Усилие отрыва, ">Ь>еются прожоги вывода 76

Качественное паяное соеди- 100 нение,вндны сбоку галтели 106 сферической формы 105

Имеются участки непропоя 87

12

То же

То we

То же.

То же

То же

То же

То we

То же

0 05

0,1

0,12

0,13

0,20

0>5

То же

То we

То же

То же

2,5

То же

То же

То we

То же

О 5

0il

2,5

»ll»

»l l

I I» н

То we

То we

То we

То же

То же

То же

То же

То же

То we

То же

Ть we

То же

0,1

0,4

2 5

То же

То же

То же

То же

То же

То же

То же

То we

0,5

0,6

0 1

То жв

То же

0,1

То же

То же

То же

То же

То же

То же

2,5

То же

То we

1 5

2,5

4,0

9 l2

12

То we

То we

0 5

То же

То we

0,5

То же

То же.П р и м е ч а н и е. При проведении экспериментов принимались следуиицие значения величин: диаметр лазерного луча 0,5 1 воздействие лазерного луча осуществлялось на дно трапециевидного паза; коэффициент К выбирался рав>в>м 1,0 отнощения диаметра луча к расстоянию между точками засветок лучом; плотность энергии излучения была неизменной о

+55, где а — угол сходимости лазерного луча, толщину стенки дна паза выбирают в диапазоне 1/4 — 1/3 диаметра вывода, причем толщина слоя припоя на металлизированном диэлектрическом основании не менее 12 мкм, а длительность импульса лазерного излучения не менее 2,5 мс.

Повреждается близлежащая 89 зона

Качественное паяное соеди- 10! нение, близлежащие участки 108 не повреждаются 105

Повреждается близлежащая 83 зона

Поврежде>в> близлежащие 95 участки

Качественное паяное соеди- 101 нение>близлежащие участки 96 не повреждены

Имеются участки непропоя 94

Качественное, паяное 105 соединение 108

Инеются участки непрюпоя 82

Качественное паяное 104 соединение 109

1697991

Составитель В,Рязанов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор T.Ïàëèé

Редактор Н,Горват

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4353 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5