Способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления нелинейных полупроводниковых резисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Способ изготовления нелинейного полупроводникового резистора в стеклянном корпусе включает крепление на противоположных торцах кристалла металлических выводов, площадь поперечного сечения которых больше площади торцов кристалла, герметизацию в корпус, выполненный в виде стеклянной трубки с внутренним диаметром, равным диаметру металлических выводов. Процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 мс с одновременным отключением внешнего нагрева. В результате создается надежный электрический контакт металлических выводов к полупроводниковому кристаллу, упрощается технология изготовления с обеспечением управления номинальным сопротивлением резистора. 2 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники, в частности к технологии изготовления нелинейных полупроводниковых резисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС).

Известны способы изготовления нелинейных резисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (Мартюшов К.И., Зайцев Ю.В. Технология производства резисторов.- М.: Высшая школа, 1972, с.312) включающие нанесение на грани кристалла тем или иным способом омических контактов, к которым методами пайки или клейки присоединяются металлические выводы, как правило два. Изготовление прибора включает несколько последовательных операций. Создание омических контактов на кристалле производится напылением и вжиганием металлических пленок, либо их осаждением химическим или гальваническим методами с последующей термообработкой, и другими известными методами. Затем к полученным металлизированным площадкам присоединяют внешние металлические выводы: термокомпрессией, ультразвуковой сваркой или пайкой, лазерной сваркой и т.п. Заключительная операция изготовления прибора - герметизация для защиты его от внешних воздействий путем нанесения защитных покрытий в виде компаундов, стекол. Однако данные способы отличаются довольно длительным трудоемким процессом изготовления резисторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления полупроводникового прибора в стеклянном корпусе (заявка Японии 58-11735, МПК: H 01 L 21/56, приоритет 03.04.83), где на противоположные торцы полупроводникового кристалла по отдельности закрепляют металлические выводы площадью поперечного сечения больше площади торцов кристалла, формируя при этом сборную конструкцию, которую затем герметизируют в стеклянный корпус, подавая поочередно в области одного и второго торца кристалла и к металлическим выводам стеклянную массу. Однако последовательность проведения в способе операций значительно удлиняет и усложняет процесс изготовления полупроводниковых приборов, а невозможность создания достаточно надежного электрического контакта металлических выводов к полупроводниковому кристаллу снижает качество получаемых приборов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежного электрического контакта металлических выводов к полупроводниковому кристаллу и управление номинальным сопротивлением при упрощении технологии изготовления с целью получения качественных полупроводниковых приборов с наименьшими затратами.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, включающем крепление на противоположных торцах кристалла металлических выводов площадью поперечного сечения больше площади торцов кристалла и герметизацию в корпус, выполненный в виде стеклянной трубки с внутренним диаметром, равным диаметру металлических выводов, процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 миллисекунд с одновременным отключением внешнего нагрева.

Отличительными признаками предложенного способа является то, что процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в стеклянный корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 миллисекунд с одновременным отключением внешнего нагрева. Одностадийный процесс изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе на этапе герметизации значительно сокращает время и упрощает технологию производства этих приборов. Подача через кристалл и металлические выводы импульса тока в момент смачивания стеклом металлических выводов формирует надежный электрический контакт между выводами и полупроводниковым кристаллом. Оптимально выбранные параметры формовочного импульса и время его подачи (0,05-3,0 А, 8-20 миллисекунд) позволяют создать необходимое и регулируемое номинальное сопротивление резистора. Таким образом, одностадийная обработка сборки позволяет совместить операцию герметизацию резистора в защитный корпус и создание надежных электрических контактов между выводами и кристаллом и тем самым упростить способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора. Номинальное сопротивление резистора по сути своей является суммой трех сопротивлений: объемного сопротивления полупроводникового кристалла и двух сопротивлений контакта металл-полупроводник. Контакты являются омическими, что подтверждается измерениями номинального сопротивления и вольт-амперных характеристик резисторов в микрорежиме.

Амплитуда тока и длительность пропускаемого импульса определяют количество электрической мощности, выделяемой на контактах металл-полупроводник. Нижний предел длительности импульса и его амплитуда выбираются как параметры, с которых начинается воздействие на электрические характеристики изготавливаемых приборов, верхний предел обусловлен появлением разрушающих воздействий на полупроводниковый кристалл и стеклянный корпус. Существенным моментом является то, что включение формовочного импульса и выключение нагревательного устройства совпадают и исполняются на заключительной (ниспадающей) части циклограммы процесса герметизации в корпус.

Предлагаемый способ поясняется графическими материалами, на которых изображены схема изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе (фиг.1) и циклограмма процесса (фиг.2).

На схеме (фиг.1) показаны полупроводниковый кристалл - 1, металлические выводы - 2, защитный стеклянный корпус - 3 в виде трубки, нагреватель - 4, источник тока - 5. На циклограмме (фиг.2) приведена зависимость изменения температуры от времени в ходе проведения процесса.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. К противоположным торцам кристалла 1 (фиг.1) полупроводникового алмаза с линейным размером 250 мкм закрепляют металлические выводы 2 (фиг. 1) из железоникелевого сплава, площадь поперечного сечения которых больше торцов кристалла и диаметром равным 0,6 мм. На подготовленную сборку надевают стеклянную трубку 3 (фиг.1), марка стекла С93-2, с внутренним диаметром 0,6 мм. Вся конструкция помещается в нагреватель 4 (фиг.1). Параметры термообработки приведены на циклограмме (фиг.2), осуществляют разогрев от комнатной температуры Т_к (фиг.2) до температуры смачивания стеклом металлических выводов Т_р (фиг. 2). Для конкретной марки стекла это температура 850^oС. На этом этапе τ_и (фиг.2) от источника тока 5 (фиг.1) через металлические выводы подают на кристалл формовочный импульс с параметрами: амплитуда тока 2,9 А и длительность импульса 8 мс. Одновременно с подачей импульса τ_и (фиг. 2) нагреватель отключают. В результате получают полупроводниковый нелинейный резистор в стеклянном корпусе с номинальным сопротивлением R₂₅=10 кОм и температурным коэффициентом сопротивления ТКС=-2,1%/К.

Пример 2. Сборка конструкции аналогична примеру 1, в качестве полупроводникового кристалла использован поликристалл оксида вольфрама с линейными размерами 300 мкм. Параметры термообработки: разогрев до 850^oС. Параметры формовочного импульса: амплитуда тока I_и= 0,05А, длительность импульса τ_и = 13 миллисекунд. В результате получен терморезистор номинальным сопротивлением R₂₅= 7,1 кОм, ТКС=-1,0%/К с S-образной симметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ) варисторного типа.

Пример 3. Сборка аналогична примеру 1. Полупроводниковый кристалл - кристалл цинкита с линейным размером 310 мкм. Параметры термообработки: разогрев до 850 ^oС.

Параметры формовочного импульса: амплитуда тока I_и=1,0А, длительность импульса τ_и = 18 миллисекунд. В результате получен терморезистор номинальным сопротивлением R₂₅= 9,3 кОм, ТКС=-1,18%/К с S-образной симметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ) варисторного типа.

Предложенный способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе обеспечивает создание надежного электрического контакта металлических выводов к полупроводниковому кристаллу, получение необходимого номинального сопротивления прибора и упрощение технологии его изготовления.

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе, включающий крепление на противоположных торцах кристалла металлических выводов, площадь поперечного сечения которых больше площади торцов кристалла, герметизацию в корпус, выполненный в виде стеклянной трубки с внутренним диаметром, равным диаметру металлических выводов, отличающийся тем, что процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 мс с одновременным отключением внешнего нагрева.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2