Способ соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем. Цель изобретения - упрощение процесса при повышении выхода годных - достигается тем, что химический состав стеклопорошка выбирают тождественным химическому составу стекла держателя , размер частиц микропорошка устанавливают равным 12-40 нм, а выдержку осуществляют при температуре, на 130- 240°С меньшей температуры деформации стекла держателя. 1 табл. Srffe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 1 21/98

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Д. („р (21) 4632383/21 (22) 05.01.89 (46) 15.05.92, Бюл. N 18 (71) Ульяновский научно-производственный комплекс "Центр применения микроэлектроники и автоматизации в машиностроении" (72) В,P.Ñîêîëîâñêèé, В,М.Стучебников, А.И.Лизин и Ф.В.Нардышев (53) 621.326 (088.8) (56) Хоменко Н.Н. Соединение полупроводниковых и прецизионных материалов со стеклом. Чернигов, 1984, с. 33.

Аи.Т. Надежность полупроводниковых датчиков и способы ее повышения, Дэнси гиндзюцу, 25,5, 1983, 77 — 84 Перевод ВЦП ¹

И-23259, с. 22, 24.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стекл ян н ы м держателем.

Целью изобретения является упрощение процесса при повышении выхода годных.

Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность полупроводникового чувствительного элемента датчика наносят микропорошок стекла, химический состав которого выбирают тождественным химическому составу стекла держателя при размере частиц микропорошка, равном 12—

40 нм, устанавливают датчик на держатель, . Ы 173413о А1 (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО

ЭЛЕМЕНТА ДАТЧИКА СО СТЕКЛЯННЫМ

ДЕ РЖАТЕЛ ЕМ (57) Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем. Цель изобретения — упрощение процесса при повышении выхода годных — достигается тем, что химический состав стеклопорошка выбирают тождественным химическому составу стекла держателя, размер частиц микропорошка устанавливают равным 12 — 40 нм, а выдержку осуществляют при температуре, на 130—

240 С меньшей температуры деформации стекла держателя. 1 табл. нагревают, выдерживают при температуре. на 130 — 240 С меньшей температуры деформации стекла держателя, и охлаждают сборку.

При тождественности химических составов стеклопорошка и стекла держателя последний и стеклянная прослойка между ним и чувствительным элементом являются максимально согласованными llo химическому составу и коэффициенту термического расширения (КТР). Получение прослойки стекла из стеклопорошка расширяет возможность согласования по КТР этой про. слойки и чувствительного элемента, так как стекло, полученное путем спекания порошка (с частичным оплавлением мельчайших

1734136 частиц), имеет повышенные механические свойства по сравнению с прозрачным стеклом того же состава.

Размер частиц стеклопорошка в пределах 12 — 40 нм обеспечивает понижение температуры образования плотной прослойки.

Это позволяет одновременно нагревать соединяемые элементы до температуры, при которой не деформируется стеклянный держатель и не деградируют свойства чувствительного элемента. Малое отличие верхней и нижней границ дисперсности и ее малое абсолютное значение обеспечивают равномерность соединения по всей поверхности, Верхняя граница интервала размера частиц стеклопорошка обусловлена требованием снижения температуры термообработки на 130 — 240 С. Снижение имеет две составляющие: снижение на 80—

120 С за счет осуществления процесса спекания (вместо процесса оплавления) и снижение на 50 — 120 С за счет уменьшения размера стеклочастиц, последнее определяют по отношению

46M I t+273 l

Рд С где о- поверхностная энергия, эрг см; г.

M — мол, масса, г; т — температура плавления вещества в макрообьеме, Ñ;

D — диаметр частиц, см; -з, d — плотность, г см

L — скрытая теплота плавления, кал моль

Принимая, что все параметры, кроме D, сохраняют свои значения, запишем это соотношение для снижения на 50 — 120 C и для снижения на 10 С, а затем, разделив второе соотношение на первое, получаем

05о-120 = (0-08... 0,2)D10.

Снижение на 10 С можно получить при дисперсности около 200 нм, Следовательно, дисперсность (16... 40) нм обеспечит снижение на 50 — 120 С.

Нижняя граница интервала размера частиц стеклопорошка обусловлена требованием воспроизводимости химического состава стеклопорошка в каждой его частице. Расчет производим на примере стекла

"пирекс", имеющего состав, вес %; Я Ог

80,5; В20з 12,0; А! 20з 2,0; Na20 4,0; КгО 1,0;

СаО 0,5.

Условием воспроизводимости является содержание оксида кальция (т.е. того оксида, доля которого в стекле наименьшая) в каждой частице в количестве не менее 1000

55 молекул. Масса одной молекулы СаО составляет 9,3 10 r. Минимальная его масса в частице составляет 9,3 .10 г. В соответствии с химическим составом масса всей стеклочастицы должна быть не меньше (9,3х х10 0):0,005 = 1,86 10 r. Учитывая, что плотность стекла "пирекс" равна 2,23 г/см, минимальный объем стеклочастица составляет(1,86 10= 7):2,23=8,3 (10= " /смз). Эта величина соответствует диаметру 25 нм.

Результаты аналогичных расчетов для некоторых стекол (ИХС-10, С37-2, С48-3, С52-1), применение которых возможно для соединения, сведены в таблицу.

Из расчетов следует, что при размере стеклопорошка менее 12 нм невозможно воспроизвести заданный химический состав стекла, а при размере стеклопорошка более 40 нм недостаточно снижение температуры образования слоя, т.е. не получается качественное по всей поверхности соединение, Пример. Для соединения готовят суспензию стеклопорошка. Стеклопорошок имеет химический состав такой же, как состав держателя, марка СИ8-1 (Я Ог 66,5, В20з 23,0, АЬОз 3,0; К20 3,8; NazO 3,7). Размер частиц стеклопорошка составляет 15—

30 нм. Суспензию осаждают центрифугированием на кремниевый чувствительный элемент. Высушивают при 120 С в течение 0,5 ч. Устанавливают на держатель чувствительный элемент и совместно с ним нагревают в печи до 550 С, при этой температуре выдерживают в течение 20 мин.

Использование такого способа обеспечивает повышение качества соединения за счет равномерного соединения по всей поверхности, Формула изобретения

Способ соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем, включающий нанесение микропорошка стекла на поверхность элемента, установку датчика на держатель, нагрев, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения выхода годных, химический состав стеклопорошка выбирают тождественным химическому составу стекла держателя, размер частиц микропорошка устанавливают равным 12 — 40 нм, а выдержку осуществляют при температуре, на 130—

240 С меньшей-температуры деформации стекла держателя.

1734136

Составитель Е,Панов

Техред М.Моргентал Корректор O.Кундрик

Редактор Н.Швыдкая

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

Заказ 1672 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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