Способ крепления полупроводникового кристалла к корпусу

 

Использование: микроэлектроника. Сущность изобретения: поверхность золотой фольги, через которую кристалл соединяют с корпусом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен 2-5 мкм. Давление на кристалл при нагреве и соединении равно 0,05-0,1 Н.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 ) 21/58

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (1 (21) 4865753/21 (22) 13.09.90 (46) 15.12,92, Бюл. N 46 (71) Научно-исследовательский институт молекулярной электроники (72) В,Л.Розинов, Н.А,Барановский, И.Ш,Фишель и Л.А,Лискин (56) Выложенная заявка Японии N 60—

148131, кл, Н 01 L21/58, 1985.

Выложенная заявка: Японии N 6124819, кл. Н 01 1 21/58, 1986, Бер Ю.А, и Минскер Ф,E. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. — М,: Высшая школа, 1986, с.106 — 112.

Изобретение относится к производству интегральных схем, а конкретно к способу присоединения полупроводникового кристалла к корпусу.

Известен способ присоединения кристаллов с помощью низкотемпературного припоя. При использовании этого способа на посадочную поверхность корпуса наносят низкотемпературный припой, а на обратную сторону кристалла в определенной последовательности наносят ряд металлов, причем металл первого слоя должен обладать хорошей адгезией с кремнием, а последний иметь максимальную смачивэемость припоем, нанесенным на корпус, при заданной температуре его плавления. Это требует специального прецизионного оборудования и применения сложных процессов нанесения металлов.

Известен способ присоединения кристалла к корпусу, при котором нэ rioñàäo÷ную площадку корпуса в качестве припоя помещают золотую фольгу. содержащую

0,1-3 германия.. Ы 1781732 А1 (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА К КОРПУСУ (57) Использование: микроэлектроника. . Сущность изобретения; поверхность золотой фольги, через которую кристалл соединяют с корпусом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен 2 — 5 мкм, Давление на кристалл при нагреве и соединении равно 0,05-0,1 Н.

При данном способе не использур ся (/) дорогие и сложные процессы и оборудование для нанесения металлов и припоеа на поверхности кристалла и корпуса, и процесс присоединения кристалла значительно упрощается. Однако данный способ не гарантирует отсутствие пустот на границе а раздела кристалл-эвтектической спай, поскольку на присоединяемой поверхности р кристалла всегда присутствует слой естественного окисла кремния, препятствующий образованию спая золото-кремний.

Известен способ присоединения золотой фоеети. выбранив и авторами в качестве Ы прототипа, при котором после установки кристалла на золотую фольгу производят е4) нагрев сборки до температуры образования эвтектики золото-кремний, а кристалл прижимают с усилием до 7 Н с одновременным приданием ему колебательного движения с амплитудой 0,2 — 0,8 мм и частотой 3 — 50 Гц.

Придание кристаллу колебательно о движения приводит к разрушению окисной плpнки за счет трения между криста Iлоtл и

1781732

35

50 фольгой и ее удалению за пределы кристалла. Однако при площади кристалла свыше

15 мм после начала образования жидкой эвтектики кристалл начинает скользить по поверхности фольги беэ разрушения окисла, что приводит к неполному смачиванию поверхности кристалла эвтектикой и нарушению теплового контакта на местах сохранения окисла, а это, в свою очередь, приводит к неравномерному теплоотводу в процессе функционирования схемы и возникновению локальных термонапряжений в кристалле, ведущих к растрескиванию кристалла. Кроме того, для разрушения твердого естественного окисла требуется приложение значительных усилий к кристаллу, что может вызвать появление сколов и царапин на рабочей поверхности кристалла.

Целью изобретения является повышение выхода годных ИС, Цель достигается тем, что в способе крепления полупроводникового кристалла к корпусу, включающем последовательное размещение в корпусе с площадкой для кристалла золотой фольги и кристалла, нагрев корпуса с кристаллом до температуры образования эвтектики золота и материала кристалла и соединение кристалла с площадкой корпуса при давлении на кристалл и придании ему колебательного движения перед размещением в корпусе поверхность золоj той фольги, соединяемую с кристаллом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен, равным 2-5 мкм, а давление на кристалл при соединении устанавливают равным 0,05-0,1 Н. Перед размещением в корпусе поверхность золотой фольги, соединяемую с кристаллом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен, равным

2 — 5 мкм, а давление на кристалл при соединении устанавливают равным 0,05 — 0,1 Н.

Отличительными признаками заявляемого способа являются шаржирование 30. латой фольги перед укладкой в корпус алмазным порошком с величиной зерна 2-5 мкм и присоединение кристалла к корпусу при давлении 0,05-0.1 Н.

В процессе шаржирования золотой фольги алмазным порошком зерна алмазного порошка прочно закрепляются в поверхности фольги, частично выступая из нее.

Кристалл, помещаемый на поверхности шаржированной фольги, образует массу точечных контактов с выступающими из фольги острыми вершинами алмазных зерен, При приложении к кристаллу давления вершины алмазных зерен ввиду своей высокой твердости внедряются в слой естественного окисла на обратной поверхности кристалла, и прикалывают ее с образованием трещин в слое. При колебательном движении кристалла пленка окисла разрушается на мелкие кусочки. В результате этого поверхность кристалла полностью очищается от окисла, а между посадочной площадкой корпуса и обратной поверхностью кристалла образуется равномерный по толщине и не имеющий разрывов и пустот слой эвтектики золото/кремний. Равномерность толщины эвтектичного слоя обеспечивается за счет калибрующего эффекта возных зерен. В результате применение заявляемого способа позволяет обеспечить качественный и равномерный теплоотвод в процессе функционирования схемы, а также устранить перекосы кристалла, приводящие к обрыву внешних выводов схемы. Все это повышает надежность работы схемы. Кроме тога, использование алмазных зерен позволяет облегчить разрушение пленки естественного окисла, что приводит к снижению усилия,необходимого для посадки кристалла, а это уменьшает вероятность повреждения кристалла в процессе его крепления к корпусу.

Пример. Алмазный порошок марки

А5-3/2, соответствующий стандарту ГОСТ

9206-80, в количестве 2 — 3 г. насыпают на поверхность стеклянной пластины и с помощью тонковолосяного флейца равномерно распределяют по поверхности. На подготовленную таким образом поверхность укладывают заготовку золотой фольги толщиной 25 мкм и обкатывают ее поверхность металлическим валиком в двух взаимно перпендикулярных направлениях. После этого заготовку золотой фольги поднимают и по шаржированной алмазным порошком поверхности несколько раз проводят флейцем с целью снятия слабо закрепленных зерен алмаза. Обработанная таким образом заготовка золотой фольги имеет на своей поверхности не менее 200 зерен/мм жестко закрепленных алмазных зерен размером от 2 до 5 мкм. Затем заготовку золотой фол ьги с помощью дисковых ножниц разделяют на отдельные пластинки размером Зх3 мм, которые укладываются в специальную кассету шаржированной поверхностью вверх и в таком виде золотая фольга, шаржированная алмазным порошком, поступает на установку и рисоединения кристаллов.

Данная установка состоит из многопозиционного механизма транспортировки корпусов с электроподогревом и двух манипуляторов, снабженных вакуумными захватами, работающими каждый на свою позицию: один для подачи шаржированной золотой фольги, другой для установки кристаллов в корпус, а также автомата загрузки

1781732

Составитель В,Псаломщиков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М Дем»к

Редактор Т.Иванова

Заказ 4277 Тираж Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, yn,Гагарина, 101 и выгрузки корпусов, Процесс присоединения кристалла осуществляется попозиционно следующим образом: рука автомата загрузки берет из кассеты с исходными корпусами подлежащий обработке корпус и ус- 5 танавливает его на первую позицию механизма транспортировки. После этого механизм транспортировки корпусов смещается на одну позицию, при этом срабатывают оба манипулятора, первый берет иэ 10 кассеты золотую фольгу и устанавливает ее в корпус с шаржированной поверхностью кверху. Другой манипулятор захватывает иэ соответствующей кассеты кристалл, ориентирует его и устанавливает в корпус на шар- 15 жированную поверхность золотой фольги, после чего штанга манипулятора вместе с кристаллодержателем начинает совершать. колебательные движения с установленной амплитудой 0,2 мм и давлением на кристалл 20

0,07 Н, причем температура корпуса на данной позиции равна 405 С.

Процесс присоединения кристалла длится до полного растворения золотой фольги в течение 8 сек. После этого штанга 25 манипулятора поднимается и возвращается в исходное положение, а цикл повторяется для следующего кристалла.

Размер алмазных зерен выбирается от

2 до 5 мкм, При величине зерен меньше 2 30 мкм не будет получено надежное соединение между кристаллом и корпусом, а при величине диаметра зерен более 5 мм эвтектический слой имеет большую толщину, что приведет к увеличению расходов золота, Давление на кристалл при присоединении последнего к корпусу выбирается в пределах 0,05-0,1 Н, поскольку при более низком давлении крепление кристалла может быть ненадежным, а давление более 0,1

Н может вызывать разрушение кристалла.

Использование изобретения позволяет повысить надежность интегральных схем и увеличить выход годных изделий эа счет устранения локального перегрева.

Формула изобретения

Способ крепления полупроводникового кристалла к корпусу, включающий последовательное размещение в корпусе с площадкой для кристалла золотой фольги и кристалла, нагрев корпуса с кристаллом до температуры образования эвтектики золота и материала кристалла и.соединение кристалла с площадкой корпуса при давлении на кристалл и придании ему колебательного движения, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных за счет уменьшения механических напряжений кристалла, перед размещением в корпусе поверхность золотой фольги, соединяемую с кристаллом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен 2-5 мкм, а давление на кристалл при соединении устанавливают равным 0,05 — 0,1 Н.