Корпус полупроводникового прибора


 


Владельцы патента RU 2405229:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронной техники" (RU)

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и предназначено для производства корпусов мощных биполярных и полевых ВЧ- и СВЧ-транзисторов. Изобретение направлено на снижение теплового сопротивления и повышение надежности транзисторов большой мощности, а также повышение процента выхода при их производстве. Сущность изобретения: корпус полупроводникового прибора содержит керамическое основание с последовательно нанесенными на него методом вакуумного напыления слоями из тугоплавких материалов, слоем никеля толщиной 1,5-2,0 мкм и слоем золота толщиной 1,5-2,0 мкм, поверх которых припаяны выводы прибора и фланец, а на спаянный корпус одним слоем без подслоя нанесено золотое покрытие толщиной 3-4 мкм. 1 табл.

 

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и предназначено для производства корпусов мощных биполярных и полевых ВЧ- и СВЧ-транзисторов.

Одним из основных требований, предъявляемых к корпусам мощных транзисторов, работающих в экстремальных режимах тепловыделения, является обеспечение минимального значения теплового сопротивления переход-корпус.

Типовая конструкция корпуса мощного ВЧ- и СВЧ-транзистора включает металлизированный керамический кристаллодержатель (основание), теплоотвод (фланец) и полосковые выводы. В качестве керамического основания используется керамика на основе окиси бериллия, обладающая одним из самых высоких значений теплопроводности в ряде известных изоляционных материалов. На керамике имеются металлизированные площадки для посадки полупроводникового кристалла и пайки полосковых выводов. Обратная сторона керамики также покрыта металлизацией для пайки к теплоотводу [1].

В производстве СВЧ-транзисторов монтаж кристалла на керамическое основание осуществляется методом контактно-реактивной пайки с образованием эвтектического сплава золото-кремний, поэтому к качеству металлизированного покрытия предъявляются высокие требования в отношении класса чистоты поверхности. Металлизированная поверхность создается либо вакуумным напылением тугоплавких металлов с последующим формированием прецизионного фотолитографического рисунка [1], либо металлизированный рисунок создается методом шелкографии [1, 2].

Технология изготовления керамического основания с использованием метода вакуумного осаждения тугоплавких металлов (ниобий, титан, вольфрам, молибден) более предпочтительна, поскольку удается создать высокое качество поверхности при меньшей толщине металлического слоя, что позволяет уменьшить тепловое сопротивление транзисторов кристалл-корпус на 20-30%. Однако последующие процессы сборки корпусов могут свести к минимуму преимущества, достигнутые за счет использования метода вакуумного осаждения металлов на керамику. Поэтому совершенствование конструкции корпусов и технологии их изготовления, обеспечивающих снижение теплового сопротивления мощных ВЧ- и СВЧ-транзисторов, является актуальным техническим решением.

Известны способы сборки корпуса, при которых металлизация из тугоплавких металлов, нанесенная на керамическое основание, покрывается слоем никеля для улучшения в дальнейшем растекания серебра или припоя на его основе, как правило ПСр-72 [2]. Припой ПСр-72 или чистое серебро наносятся методом высокотемпературной обработки (примерно 900-1000°С) в среде водорода на всю поверхность металлизации, а затем производится припайка выводов и фланца также в среде водорода. Облуживание (серебрение) поверхности металлизации проводится или до пайки, или в одном процессе с пайкой в зависимости от конструкции корпуса. Данный технологический прием используется для того, чтобы в дальнейшем получить качественное золотое покрытие - без шелушения и вспучивания, так как после пайки корпуса осуществляется его послойное покрытие: никель 1 мкм, золото 0,5 мкм, палладий 0,5 мкм, золото 3 мкм (Н.1. Зл.0,5 Пд.0,5 Зл.3) [1].

Однако приведенная выше технология изготовления корпуса не может гарантировать высокого качества напайки кремниевых кристаллов на керамическое основание термореактивным методом с образованием эвтектического сплава Au-Si, так как при температуре напайки 420-430°С в металлических слоях происходят диффузионно-окислительные процессы, которые приводят к образованию интерметаллических соединений [1]. Интерметаллиды значительно ухудшают качество соединения кристалл-корпус, увеличивая тем самым тепловое сопротивление транзисторов. Интерметаллические соединения образуются не только из-за многослойности покрытия, но и из-за присутствия в эвтектическом слое серебра, меди и никеля. Медь является составным компонентом припоя ПСр-72. Кроме того, при нанесении покрытий гальваническим методом существует тенденция уменьшения его толщины от периферии к центру, в связи с чем приходится увеличивать общую толщину золотого покрытия или использовать золотую прокладку, чтобы на функционально важных участках, а именно в местах посадки кристалла, было количество золота, достаточное для образования эвтектического сплава. Существенным недостатком стандартной технологии является отсутствие воспроизводимости качества металлизированной поверхности керамического основания из-за неуправляемости процесса кристаллизации припоя ПСр-72 при охлаждении керамического узла после процесса пайки. Поэтому формирование кристаллографической структуры припойного слоя и соответственно его свойства не могут технологически управляться.

Лучшие результаты могут быть получены при использовании конструкции корпуса, в которой на керамическое основание последовательно наносятся слои титана и молибдена [3]. Однако и в этом случае при последующем технологическом процессе сборки корпусов, который не отличается от вышеизложенного, при монтаже кристаллов на эвтектику возникают те же негативные процессы.

Технический эффект настоящего изобретения - снижение теплового сопротивления мощных ВЧ- и СВЧ-транзисторов, повышение их надежности в процессе эксплуатации, а также повышение процента выхода при их производстве.

Технический эффект достигается за счет того, что на керамическое основание с последовательно размещенными на нем слоями тугоплавких металлов и никеля наносится слой золота толщиной не менее 1 мкм. После нанесения золотого покрытия на керамическое основание к нему припаиваются выводы и фланец в среде водорода, а затем осуществляется золотое покрытие спаянного корпуса на необходимую толщину, причем золото наносится без предварительных подслоев.

Предварительное золочение керамического основания перед высокотемпературной пайкой корпуса позволяет в полной мере реализовать достоинства метода нанесения металлов конденсацией в вакууме и тем самым существенно снизить тепловое сопротивление транзисторов, и следовательно, повысить их надежность. Это осуществляется, во-первых, за счет исключения многослойности покрытия, которое наносится после пайки корпуса; во-вторых, за счет исключения условий образования интерметаллических соединений как по причине отсутствия на поверхности металлизации серебра и меди, так и потому что золото вжигается при пайке корпуса и образует надежный барьерный слой для диффузии никеля.

Предлагаемые конструкция корпуса и технология его изготовления обеспечивают высокое качество монтажа кристаллов в корпус. Кроме того, снижается трудоемкость производства корпусов, уменьшается расход золота на нефункциональные участки корпуса, повышается процент выхода в связи с воспроизводимостью качества металлизированной поверхности.

Пример конкретной реализации изобретения

Описанные выше конструкция и технология сборки корпуса выполняются следующим образом. На керамическое основание последовательно наносятся слои из тугоплавких металлов методом вакуумного напыления, затем наносится никель толщиной 1,5÷2 мкм и далее наносится слой золота толщиной 1,5÷2,0 мкм. Затем к позолоченным металлизированным участкам керамического основания припаиваются выводы и фланец припоем ПСр-72 в среде водорода. Далее в зависимости от технологических требований и толщины предварительного золотого покрытия керамического основания осуществляется золочение спаянного корпуса на толщину 3÷4 мкм (Зл.3; Зл.4).

Для сравнения в таблице приведены результаты исследования теплового сопротивления для первых десяти образцов транзисторов, изготовленных по стандартной технологии и транзисторов, исполненных в новом конструктивно-технологическом решении корпуса.

№ п/п Значения теплового сопротивления, °С/ Вт
Типовая конструкция, стандартная технология Предлагаемые конструкция и технология
1 1,19 0,91
2 1,19 0,91
3 1,0 0,91
4 0,94 0,88
5 0,97 0,88
6 1,0 0,91
7 1,19 0,88
8 0,94 0,91
9 1,19 0,88
10 1,0 0,88
Разброс значений по абсолютной величине 26% 3%

Из приведенных экспериментальных данных видно, что предложенные конструкция керамического основания и соответствующая технология изготовления корпуса позволяют уменьшить тепловое сопротивление транзисторов в среднем более чем на 15%. При этом значительно снижается разброс значений теплового сопротивления с 26% для стандартного исполнения корпусов до 3% при новом конструктивно-технологическом варианте. Предложенная конструкция корпуса и, соответственно, технология его изготовления не только позволяют значительно повысить эксплуатационную надежность изделий, но и за счет воспрозводимости процесса повысить процент выхода годных изделий в производстве.

Литература

1. Сидоров В.А. Особенности конструкции и технологии изготовления корпусов СВЧ полупроводниковых приборов. Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы, 2005, вып.1-2, с.117-124.

2. Гладков А.С. и др. Пайка деталей электровакуумных приборов. М.: Энергия, 1967, с.213-214.

3. А.с. СССР №758972. Корпус полупроводникового прибора. Онуприенко Ф.Г., Сидоров В.А., Поспелов А.Н., Митин B.C., Диковский В.И., МКИ5 Н01L 23/02, 28.04.1980.

Корпус полупроводникового прибора, содержащий керамическое основание с последовательно нанесенными на него методом вакуумного напыления слоями из тугоплавких материалов, слоя никеля толщиной 1,5-2,0 мкм и слоя золота толщиной 1,5-2,0 мкм, поверх которых припаяны выводы прибора и фланец, а на спаянный корпус одним слоем без подслоя нанесено золотое покрытие толщиной 3-4 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке керамических корпусов интегральных схем с устройствами для съема тепла. .

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке корпусов интегральных схем типа «Package SOJ". .

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к электронной технике, а именно к металлокерамическим корпусам для полупроводниковых приборов СВЧ. .

Изобретение относится к электронной техники, в частности к микроэлектронному конструированию, и может быть использовано при проектировании планарных металлокерамических корпусов.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при разработке корпусов интегральных схем. .

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использовано при создании новых приборов силовой полупроводниковой электроники. .

Изобретение относится к термореактивным композициям смол, предназначенным для использования в качестве термореактивных композиций герметиков, быстро заполняющих пустоты в полупроводниковом устройстве, таком, как блок перевернутых чипов, который включает полупроводниковый чип, укрепленный на подложке носителя, обеспечивающий надежное соединение полупроводника с монтажной платой при кратком термическом отверждении.

Изобретение относится к радиоэлектронной и цифровой электронно-вычислительной технике, в частности к микроэлектронному конструированию, и может быть использовано при проектировании многокристальных модулей на основе полупроводниковых подложек.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и предназначено для производства корпусов биполярных и полевых мощных многокристальных ВЧ- и СВЧ-транзисторов

Изобретение относится к области светотехники, в частности к светодиодным лампам с круговым обзорным освещением

Изобретение относится к силовому полупроводниковому модулю

Изобретение относится к электронной технике. Способ изготовления корпуса мощного полупроводникового прибора СВЧ включает изготовление высокотеплопроводного основания и рамки из металла или сплава металлов, изготовление выводов, совмещение рамки с выводами и высокотеплопроводного основания, герметичное соединение их высокотемпературной пайкой, последующее расположение в корпусе, по меньшей мере, одного кристалла активного элемента и, по меньшей мере, одной согласующей интегральной схемы, по меньшей мере, одного полупроводникового прибора и соединение их низкотемпературной пайкой. Высокотеплопроводное основание изготавливают, по меньшей мере, с одним выступом на его лицевой стороне, дополнительно изготавливают компенсаторный элемент из металла или сплава металлов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения. При совмещении рамки с выводами и высокотеплопроводного основания высокотемпературный припой располагают только между высокотеплопроводным основанием и рамкой с выводами, а упомянутое герметичное соединение осуществляют одновременно с соединением компенсаторного элемента с высокотеплопроводным основанием при температуре 650-1100°C. Технический результат - улучшение отвода тепла и снижение потерь СВЧ в корпусе и соответственно повышение выходной мощности полупроводникового прибора СВЧ, повышение надежности, выхода годных и технологичности. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к корпусам электрических приборов, в частности к герметичным корпусам, и может использоваться в конструкциях, к которым предъявляются высокие требования по герметичности и теплоотводу. С целью повышения надежности и времени сохранения герметичности в корпусе, содержащем основание с внешними выводами, крышки, присоединенные к основанию пайкой по контуру, внешняя поверхность, по крайней мере, одной из крышек, вне зоны пайки содержит систему неровностей правильной формы, выполненных в виде пуклевок, а внутренняя поверхность крышки с пуклевками вне зоны пайки содержит слой геттера. 2 ил.

Изобретение относится к системам термоэлектрического охлаждения. Система имеет горячую сторону с первой температурой и холодную сторону для размещения тепловой нагрузки. Горячая сторона окружена областью с температурой окружающего воздуха. Система содержит контактирующий с ней механизм постоянного поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха с целью повышения охлаждающей способности системы термоэлектрического охлаждения. Использование изобретения позволяет понизить температуру горячей стороны элемента термоэлектрического охлаждения, что приводит в итоге к повышению охлаждающей способности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для полупроводниковых приборов СВЧ. Сущность изобретения заключается в том, что корпус для полупроводникового прибора СВЧ содержит высокотепло- и электропроводное основание, рамку по периметру одной из поверхностей высокотепло- и электропроводного основания со сквозными отверстиями для металлокерамических вводов/выводов, по меньшей мере одну металлическую контактную площадку на упомянутой поверхности высокотепло- и электропроводного основания для расположения и последующего соединения с ним по меньшей мере одного кристалла полупроводникового прибора, по меньшей мере два металлокерамических ввода/вывода, одни контактные площадки которых выходят внутрь, а другие - через сквозные отверстия в рамке наружу корпуса, при этом высокотепло- и электропроводное основание, рамка, металлокерамические вводы/выводы соединены пайкой, высокотепло- и электропроводное основание выполнено из композиционного материала, при этом по меньшей мере из двух компонентов - высокотеплопроводного керамического и электропроводного при их соотношении, мас.%, (90-70):(10-30) соответственно, термические коэффициенты линейного расширения которых обеспечивают согласование с термическим коэффициентом линейного расширения кристалла полупроводникового прибора. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения массогабаритных характеристик, повышения технологичности и снижения трудоемкости изготовления при сохранении надежности, долговечности, выходной мощности полупроводникового прибора СВЧ. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.,1 ил.
Наверх