Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики al-zn

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем бессвинцовой пайки. Сущность изобретения: способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn включает нанесение алюминия и олова на паяемые поверхности соответственно кристалла и корпуса и размещение между кристаллом и корпусом фольги из цинка и пайку к основанию корпуса. При этом на основание корпуса наносят алюминиевую металлизацию, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя состава 20Zn/80Sn (вес.%), а пайку проводят в защитной среде при температуре 420-430°С. Техническим результатом изобретения является: снижение трудоемкости изготовления и повышение предельно допустимой температуры нагрева полупроводниковых приборов при их эксплуатации.

 

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий (ППИ) и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем бессвинцовой пайки.

В связи с действием директивы Европейского Союза RoHS (Restriction of Hazardous Substances), которая ограничивает использование свинца в новом электрическом и электронном оборудовании, разработка способов сборки полупроводниковых изделий методом пайки припоями без свинца в настоящее время является основной экологической проблемой микроэлектроники.

Существуют различные способы бессвинцовой пайки кристаллов к основаниям корпусов. Например, известен способ [1] монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса, по которому на алюминий на паяемой стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают из условия получения необходимой толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость операции нанесения цинка (как напылением, так и гальваническим и химическим методами).

Известен способ [2] монтажа БИС с использованием припоя на основе цинка, по которому на паяемую поверхность кристалла напыляют алюминий, а затем проводят пайку к корпусу, покрытому припоем цинк-алюминий-германий (ЦАГ).

Основной недостаток данного способа - высокая трудоемкость изготовления ППИ, заключающаяся в изготовлении сплава ЦАГ и нанесении его на монтажную площадку корпуса методом электрического взрыва фольги, что требует использования специального дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ [3] бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу, включающий нанесение алюминия и олова на паяемые поверхности соответственно кристалла и корпуса. При сборке между кристаллом и корпусом размещают фольгу из цинка. Пайка осуществляется в водороде или формир-газе при температуре 382-419°С (температура плавления цинка составляет 419°С). Нагрев при данной температуре способствует образованию эвтектических соединений Sn-Zn со стороны корпуса (температура эвтектики 200°С) и Al-Zn со стороны кристалла (температура эвтектики 382°С).

Основным недостатком данного способа является сравнительно низкая предельно допустимая температура нагрева (до 200°С) некоторых типов ППИ при их эксплуатации, что недопустимо для приборов, работающих при более высоких температурах, например диодов Шоттки на основе карбида кремния.

Основной целью разработанного способа является: снижение трудоемкости изготовления и повышение предельно допустимой температуры нагрева ППИ при их эксплуатации.

Эта цель достигается тем, что в способе бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn, включающем нанесение алюминия и олова на паяемые поверхности соответственно кристалла и корпуса и размещение между кристаллом и корпусом фольги из цинка и пайку к основанию корпуса, с целью снижения трудоемкости изготовления и повышения предельно допустимой температуры нагрева ППИ при их эксплуатации, на основание корпуса наносят алюминиевую металлизацию, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя состава 20Zn/80Sn (вес.%), а пайку проводят в защитной среде при температуре 420-430°С.

Пайка при данной температуре способствует образованию эвтектических соединений Al-Zn (температура эвтектики 382°С) как со стороны кристалла, так и корпуса.

Олово, входящее в состав припоя при данной температуре пайки, практически не взаимодействует с алюминиевой металлизацией кристалла и корпуса, так как растворимость олова в алюминии составляет около 0,1 вес.%. По известным данным для сплавов алюминий-олово растворимость алюминия в олове в твердом состоянии до сих пор точно не определена.

Нагрев при пайке в интервале температур 420-430°С способствует лучшему смачиванию припоем паяемых алюминиевых пленок кристалла и основания корпуса. Нагрев при температуре выше 430°С может вызвать необратимые процессы в структуре кристалла.

Примером бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn может служить сборка полевых транзисторов в корпус КТ-43В. На паяемую поверхность полупроводникового кристалла в составе пластины по известной технологии наносят пленку алюминия.

Медная выводная рамка корпуса КТ-43В на 10 кадров по известной технологии покрывается гальваническим алюминием. Выводные рамки фиксируют в кассете, а на основания корпусов в ориентированном положении размещают фольгу припоя состава 20Zn/80Sn (вес.%) заданного размера и кристалл.

Проведены эксперименты по напайке кристаллов полевых транзисторов на основания корпусов КТ-43В в формир-газе на установке ЭМ-4085-14М при температуре 420-430°С. При данной температуре происходит контактно-реактивное взаимодействие цинка, входящего в состав припоя, с алюминиевой металлизацией кристалла и корпуса с образованием эвтектики Al-Zn (382°C).

После пайки оценивалась прочность соединений на сдвиг (согласно ГОСТ В 28146-89), а также проведен анализ паяных швов по рентгенограммам и по шлифам. Установлено, что качество паяных соединений кристаллов с основанием корпусов соответствует требованиям, предъявляемым к сборке силовых полупроводниковых приборов.

Данное паяное соединение повышает (до 382°С) предельно допустимую температуру нагрева ППИ при эксплуатации. Это особенно важно для силовых полупроводниковых приборов, работающих при высоких температурах, например диодов Шоттки на основе карбида кремния.

Таким образом, использование предлагаемого способа бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: снижает трудоемкость изготовления и повышает предельно допустимую температуру нагрева ППИ при их эксплуатации.

Источники информации

1. Патент RU 2212730 С2, H01L 21/52. Способ монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса / Зенин В.В. (RU), Беляев В.Н. (RU), Сегал Ю.Е. (RU). Опубл. 20.09.2003. Бюл. №26. 3 с.

2. Монтаж кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка / К.В.Маслова, С.О.Мохте, О.В.Панкратов и др. // Электронная промышленность. - 1989. - №6. - С.24-26.

3. Патент RU 2313156 C1, H01L 21/52. Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу / Зенин В.В. (RU), Бокарев Д.И. (RU), Рягузов А.В. (RU), Кастрюлев А.Н. (RU), Хишко О.В. (RU). Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35. 4 с.

Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn, включающий нанесение алюминия и олова на паяемые поверхности соответственно кристалла и корпуса и размещение между кристаллом и корпусом фольги из цинка и пайку к основанию корпуса, отличающийся тем, что на основание корпуса наносят алюминиевую металлизацию, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя состава 20Zn/80Sn (вес.%), а пайку проводят в защитной среде при температуре 420-430°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к квантовой электронике, полупроводниковой и оптоэлектронной технологии, в частности технологии изготовления когерентных излучателей для систем накачки мощных твердотельных лазеров, создания медицинской аппаратуры, лазерного технологического оборудования и других целей.
Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для присоединения полупроводникового кристалла к корпусу методом контактно-реактивной пайки с образованием эвтектического сплава Au-Si при производстве транзисторов и интегральных микросхем.

Изобретение относится к области изготовления БИС и СБИС, имеющих большую площадь кристаллов, путем бесфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формир-газе и др. .

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий (ППИ) и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем бессвинцовой пайки.
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий электронной техники и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем пайки припоями, не содержащими свинец.
Изобретение относится к области изготовления мощных полупроводниковых приборов и БИС путем безфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формиргазе и др. .

Изобретение относится к изготовлению полупроводниковых приборов путем бесфлюсовой пайки на воздухе без применения защитных сред. .

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем бессвинцовой пайки

Изобретение относится к технологии приборов силовой электроники на основе карбида кремния

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий, имеющих большую площадь кристаллов

Изобретение относится к области производства изделий электроники и электротехники. Решается задача корпусирования электронных компонентов без применения опрессовки и дорогостоящей оснастки, что особенно важно при индивидуальном производстве единичных изделий электронной техники. Способ корпусирования электронных компонентов сочетает вакуумную заливку с приложением давления на компаунд, гарантирует высококачественное формообразование и повышение механических и теплотехнических характеристик изделий. Облегчен также контроль качества изделий путем применения прозрачного основания формы. Способ применим при производстве широкой гаммы изделий электроники и электротехники, а также изделий бытового назначения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к термостойким адгезивам для соединения кристаллов и металлов с полиимидным основанием. Адгезивы (составы) содержат в качестве полимерного связующего новый преполимер - поли(о-гидроксиамид) - продукт реакции поликонденсации 3,3′-дигидрокси-4,4′-диаминодифенилметана и 1,3-бис-(аминопропил)-тетраметилдисилоксана с изофталоилхлоридом. При подготовке адгезива для применения осуществляют выдержку реакционного раствора, содержащего каталитические количества HCl, при 180-200°C течение 30-40 мин. Соединение кристалла или металла с полиимидным основанием осуществляют при 200-270°C в течение 30-40 мин. Сформированные из предлагаемых адгезивов пленки образуют высокотермостойкие гидрофобные клеевые слои, не содержащие пузырей, причем термическая обработка этих слоев осуществляется при температурах 200-270°C, что не вызывает окисления металлов в металлической разводке по кристаллу.

Изобретение относится к способу сушки покрытия из серебросодержащей пасты, используемой для получения неразъемного соединения при изготовлении силовых полупроводниковых приборов по технологии КНМ «кремний на молибдене». Данная технология позволяет получать соединения при низкой температуре с более высокими электрическими и термомеханическими свойствами, а также с увеличенным сроком службы по сравнению с действующими технологиями. Процесс сушки серебросодержащей пасты производится при разреженной атмосфере при давлении 5,5·103-4,0·104 Па и натекании воздуха потоком от 0,5 до 3 л/мин на 1 г серебросодержащей пасты при рабочей температуре 100-150°C в течение 10-60 минут. Снижение содержания восков в спеченном серебряном слое позволит создавать контактные соединения в силовых полупроводниковых приборах с более высокими эксплуатационным характеристиками: пониженное электросопротивление, снижение механических напряжений в соединении, увеличенная теплопроводность соединения. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для присоединения полупроводникового кристалла к корпусу методом контактно-реактивной пайки с образованием эвтектического сплава Au-Si при производстве транзисторов и интегральных микросхем. Предложен способ монтажа кремниевых кристаллов полупроводниковых приборов на покрытую золотом поверхность корпуса с нанесенным на обратную сторону кристалла слоем. В качестве слоя наносят псевдосплавное покрытие толщиной (20-200) нм, содержащее аморфный кремний и 10-50 вес.% золота. Изобретение направлено на повышение теплофизических свойств многокристальных СВЧ транзисторов большой мощности. 3 ил., 2 табл.
Наверх