Способ пайки полупроводниковых кристаллов с корпусами приборов

 

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у59 В 23 К 1/20 Н Ol L 21/58

Ъу

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 г PYQ Я . о

;1 «4 ХЕй1И . - 1 Ф3

1 Д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ. (54) (57) СПОСОБ ПАЙКИ ПОЛУПРОВОДНИ КОВЫХ КРИСТАЛЛОВ С КОРПУСАМИ ПРИБО-.

РОВ, .включающий нанесение на паяемую сторону пластины с готовыми структурами слоя стекла, разделку пласти" ны на отдельные кристаллы, сборку кристаллов с корпусами и нагрев до температуры оплавления стекла, о т л и ч а ю шийся тем, что,-с це" лью повышения выхода годных изделий, перед нанесением слоя стекла на паяемой поверхности пластины создают сильнолегированный слой р+ или и+ типа, а слой стекла наносят осаждением в электрическом поле из суспен зии, содержащей частицы стекла, с Я последующим удалением из слоя стек.,ла остатков дисперсионной среды и . оплавлением стекла. (21) 3374407/25-27(22) 29.12.81 . (46) 23.04.83. Бюл. Р 15 (72) А.А.Цывин, С.С.Зверев", В.Ç,Петрова, Е.И.Иурашов и Л.И.Кузнецов (71) Научно.-исследовательский и конструкторский институт испытатель.ных мЪшин, приборов .и средств измерения масс (53) 621.791.3(088.8) (56). 1. Иазур А.И., Алехин В.П., Шоршоров И.Х. Процессы сварки и пайки в производстве полупроводниковых приборов. И., "Радио и.связь", 1981 с. 102-113.

2. Бер А.Ю.1 Иинскер. ф.Е. Сборка . полупроводниковых- приборов и интегральных микросхем. И,, "Высшая школа.", 1981, с. 86 «(прототип) . р

„„Я(/„„1013155. А

1013155

Изобретение относится к пайке, в частности к способам подготовки полупроводниковых кристаллов и пайке, и может быть использовано при производстве дискретных полупроводниковых .приборов и интегральных схем.

Известны различные способы крепления полупроводниковых кристаллов на основании корпусов приборов или подложках: пайка металлическими при- 10 поями, пайка стеклянными припоями, приклеивание (1 j.

Выбор способа крепления кристаллов определяется конструкцией прибора, его тепловыми и электрическими .характеристиками и типом корпуса, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ пайки полупроводниковых кристаллов с корпусами приборов, включающий нанесение на паемую сторону пластины с готовыми структурами слоя стекла, разделку пластины на отдельные кристаллы, сборку кристаллов с корпусами и нагрев до температуры оплавления стекла $2).

Недостатком известного способа является боньшой процент брака из-за растрескивания толстого слоя стекла вследствие возникновения термоупругих напряжений в процессе оплавления стекла.

Известно, что чем тоньше слой стекла, тем выше его механическая прочность и тем большие тврмоупругие напряжения, обусловленные разностью термических коэффициентов линейного расширения системы: полупроводник- стекло- металл, можно допускать для обеспечения надежного спав. 40

Оптимальная толщина слоя стекла должна находиться в пределах 20-30 мкм и его нижняя граница определяется диэлектрической прочностью стекла.

В настоящее время получение сво- 45 бодных диэлектрических подложек из стекла такой толщины представляет большие технологические трудности, а реально используемые подложки из стекла имеют относительно большую толщину в пределах 200-300 мкм.

Целью изобретения является повышение выхода годных иэделий за счет повышения механической прочности слоя сте кла-.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу пайки полупроводниковых кристаллов с корпусами приборов, включающему нанегение на паемую сторону пластины с готовыми структурами слоя стекла, разделку пластины на отдельные кристаллы, сборку кристаллов с корпусами и нагрев до температуры оплавления стекла, перед нанесением слоя стекла на паяемой поверхности пластины создают сильнолегированный слой р+ или

n+ типа, а слой стекла наносят осаждением в электрическом поле из суспензии, содержащей частицы стекла, с последующим удалением из слоя стекла остатков дисперсионной среды и оплавлением стекла.

Создание на обратной стороне пластины в едином технологическом цикле в процессе изготовления структур сильнолегированного слоя р+ или f1+ типа с поверхностной концентрацией примесей М ) 5.10 ат/c (y< 0,02 Ом см} позволяет создавать на пластине диэлектрический тонкий калиброванный яо толщине слой стекла, который в дальнейшем выполняет роль припоя при соединении кристалла с основанием корпуса. . Процесс изготовления слоя стекла в этом случае прост, технологичен, универсален, исключает отходы, его продолжительность не превышает 1020 с и определяется толщиной слоя, концентрацией суспензии и напряжением на электродах, На чертеже показана электро-химическая ячейка для нанесения слоя стекла на пластине полупроводника, снабженного сильнолегированным слоем р+ или и+ типа.

Пример. В процессе изготовления. структур на пластине 1 из кремния n+ типа с р =7,5 Ом см на обратной стороне одним из известных методов (диффузия, ионное легирование) создают сильнолегированный слой 2 р+ типа с поверхностной концентрацией и =1 ° 10 1 ат/см, закрепляют пласти"

5 ну в одном из электродов 3 электрохимической ячейки 4, содержащей суспензию стекла, состоящую из стеклочастиц 5 размером 1-2 мкм и дисперсионной среды 6, таким образом, чтобы сильнолегированный слой 2 находился против второго электрода 7.

В качестве дисперсионной среды могут быть использованы: вода, этиловый,изобутиловый, изопропиловый спирты, ацетон и их смеси.

В качестве стеклочастиц используются частицы мелкопомолотых стеПри этой температуре кассеты выдерживаются в течение 20 мин, и далее они охлаждаются вместе с печью до комнатной температуры. В результате чего кристаллы механически прочно соединяются с корпусами.

Использование предлагаемого cnocbба крепления полупроводниковых кристаллов в корпусах обеспечивает по сравнению с известным способом повышение качества изготовления тонкого калиброванного по толщине слоя стек4а ловидного диэлектрика-адгезива, прочно связанного с пластиной полупроводника, и как следствие этого, повышение механической прочности стекла в 3-5 раз, позволяющее повысить . . запас прочности слоя при воздействии механических напряжений в слое стекла при его пайке в корпусе прибора, что в конечном итоге повышает выход годных изделий с высоким уровнем на" дежности, итель Ф.Конопелько

С.Мигунова Корректор В.Бутяга

Состав

Техред

Редактор В. Иванова

Заказ 2890/18 Тираж 1104 Подписное

ВНИИПИ <Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11-3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 .10 кол различного состава, имеющие температурный коэфФициент линейного расширения (ТКЛР), -близкий к кремнию, и пригодные для создания устойчивых суспензий, например цинкосадержащие свинцово-боратные стекла системы РЬО-ЕпО-В О . Стекло марки

ПМЧ-68 является тйпйчным предста.вителем. такой системы.

Образование заряда на стеклочастицах связано с химическим взаимодействием поверхностного слоя частиц с дисперсионной средой, Знак и величина заряда определяются химическим составом стекол и дисперсионной среды. Например, стеклочастицы ПМЧ-68 в спиртовых средах и воде заряжаются положительно, а в ацето, не - отрицательно. Оптимальный состав суспензии для стекла ПМЧ-68.; на 0,5 л изобутилового спирта 100 г стеклочастиц размером 1-2 мкм.

Пластину 1 закрепляют в одном из электродов, например 3, таким образом, чтобы сильнолегированный слой

2 находился против электрода 7 и- был ему параллелен. Затем включают источник- постоянного напряжения 8 t,F.=300i500 В, подключенный к электродам 3 и 7, и заряженные частицы стекла начинают двигаться в электрическом поле навстречу легированной поверхности пластины кремния и осаждаться на ней в виде плотного слоя 9. По истечении 15 с, когда толщина слоя достигает 20 мкм, источник отключают, электрод с пластиной вынимают из суспензии и освобождают пластину

: из электрода. Затем пластину со слоем стекла сушат на воздухе и в печи при Т=120-150ОС для удаления из слоя стекла дисперсионной среды. Далее слой стекла оплавляют в печи при

T=560+10 С. для ПМЧ-68 для получения монолитного слоя стекла, прочно связанного с пластиной полупроводника. После чего пластину полупро водника со стороны готовых структур разделяют на отдельные кристаллы одним из известных способов, например скрайбированием.

13155 4

Если перед осаждением стеклочастиц на пластину., сильнолегированный слой защитить свободной маской, окна ко" торой по размерам равны площадям кристаллов и в плане совмещены с ними, и плотно прижать ее к пластине

-полупроводника, а затем, высадив слой стекла, удалить маску, то на пластине останутся островки стекла, 1î точно совпадающие с площадью кристал" лов.

Такой прием позволяет более просТо и более качественно производить

1g разделку пластины на кристаллы методом скрайбирования со стороны сильнолегированного слоя по кремнию сво" бодному от пленки стекла, 2в Кристаллы с нанесенным слоем стекла-адгезива, после промывки укладывают в кассеты, на дне которых расположены корпуса приборов. Кассеты помещают в печь, нагретую до температуры.. у оплавления стекла 560+10 С, при этом слои стекла оплавляются, смачивая поверхности корпуса,