Способ приварки вывода в полупроводниковом приборе


 

B23K101/40 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2525962:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электронной техники" (RU)

Изобретение может быть использовано для приварки металлических выводов при производстве силовых полупроводниковых приборов. На V-образный электрод подают импульс тока с приложением начального давления и подачей ультразвуковых колебаний вдоль оси привариваемого вывода. Прикладывают добавочное давление с уменьшением амплитуды ультразвуковых колебаний до нуля. В момент приложения добавочного давления на V-образный электрод подают повышенный импульс тока, обеспечивающий инициирование пластической деформации соединяемых материалов за счет скачкообразного увеличения температуры в зоне соединения. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции сварочного узла, повышение прочности сварных соединений, сокращение времени сварки и повышение надежности силовых полупроводниковых приборов. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам приварки вывода в полупроводниковом приборе и может найти применение в производстве силовых полупроводниковых приборов.

Известен /1/ комбинированный способ микросварки давлением, сочетающий нагрев, давление и ультразвуковые колебания крутильной формы.

Основным недостатком данного способа является то, что использование крутильных колебаний инструмента при ультразвуковой сварке (УЗС) усложняет конструкцию сварочного узла установки.

Известен способ термокомпрессионной сварки /2/, при котором к деталям прикладывают начальное давление, нагревают их V-образным электродом, а добавочное давление прикладывают в период максимальной скорости пластического течения металлического проводника.

Основной недостаток: загрязнения и оксидные пленки на соединяемых поверхностях остаются в зоне соединения, что способствует повышению переходного сопротивления контактов «вывод - пленочная металлизация», а при эксплуатации силовых полупроводниковых приборов снижению их надежности

Наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению является способ сварки давлением /3/, при котором к деталям в процессе начального давления на V-образный электрод дополнительно подают ультразвуковые колебания, а при добавочном давлении амплитуду колебаний уменьшают до нуля.

К недостаткам данного способа сварки давлением следует отнести следующее: добавочное давление на привариваемый вывод приводит к его повышенной деформации, которая способствует формированию напряженного участка в месте перехода сварного соединения в вывод, что приводит к уменьшению прочности сварного соединения. Кроме того, при снижении амплитуды колебаний до нуля, то есть отключение ультразвукового генератора, температура в зоне контакта «вывод - пленочная металлизация» падает. Поэтому для развития взаимодействия на границе соединяемых металлов, как в плоскости, так и в объеме контакта требуется увеличение времени сварки.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, - это упрощение конструкции сварочного узла установки; повышение прочности сварных соединений; сокращение времени сварки; повышение надежности силовых полупроводниковых приборов.

Эта задача достигается тем, что в способе приварки вывода в полупроводниковом приборе, включающем подачу на V-образный электрод импульса тока с приложением начального давления и подачей на него ультразвуковых колебаний, последующее приложение добавочного давления с уменьшением амплитуды ультразвуковых колебаний до нуля, с целью упрощения конструкции сварочного узла установки за счет применения УЗ колебаний направленных вдоль оси привариваемого вывода, повышения прочности сварных соединений в результате снижения деформации вывода при сварке, сокращения времени сварки за счет повышения температуры на границе соединяемых металлов, повышения надежности силовых полупроводниковых приборов в результате уменьшения переходного сопротивления контактов «вывод - пленочная металлизация», ультразвуковые колебания подают вдоль оси привариваемого вывода, а в момент приложения добавочного давления на V-образный электрод подают повышенный импульс тока, обеспечивающий инициирование пластической деформации соединяемых материалов за счет скачкообразного увеличения температуры в зоне соединения.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ приварки вывода в полупроводниковом приборе отличается от известного тем, что с целью упрощения конструкции сварочного узла установки за счет применения УЗ колебаний направленных вдоль оси привариваемого вывода, повышения прочности сварных соединений в результате снижения деформации вывода при сварке, сокращения времени сварки за счет повышения температуры на границе соединяемых металлов, повышения надежности силовых полупроводниковых приборов в результате уменьшения переходного сопротивления контактов «вывод - пленочная металлизация» ультразвуковые колебания подают вдоль оси привариваемого вывода, а в момент приложения добавочного давления на V-образный электрод подают повышенный импульс тока, обеспечивающий инициирование пластической деформации соединяемых материалов за счет скачкообразного увеличения температуры в зоне соединения.

Таким образом, заявленный способ приварки вывода в полупроводниковом приборе соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявленного способа с другими известными способами /1, 2/ из известного уровня техники также не позволило выявить в них признаки, заявляемые в отличительной части сравнения.

Сущность изобретения представлена на циклограмме процесса приварки вывода в полупроводниковом приборе, на которой представлены следующие параметры: Q-давление, прикладываемое к свариваемым деталям; J - импульс тока, подаваемый на инструмент (V-образный электрод); F - ультразвуковые колебания заданной амплитуды; S - площадь взаимодействия вывода с металлизацией кристалла/корпуса; P - прочность контакта «вывод - пленочная металлизация»; T - температура в зоне соединения; t1-t4 - время формирования сварного соединения.

Для реализации способа приварки вывода в полупроводниковом приборе используют установку, снабженную V-образным электродом с продольной канавкой на рабочей поверхности. При этом ультразвуковые колебания направлены вдоль оси привариваемого вывода, что упрощает конструкцию сварочного узла установки. На столике установки размещают корпус силового полупроводникового прибора с полупроводниковым кристаллом. Привариваемый ленточный вывод проходит через боковое отверстие V-образного электрода и совмещается с контактной площадкой кристалла.

В течение времени t1-t3 осуществляют начальное давление V-образного электрода (Q) на соединяемые детали; на V-образный электрод подают импульс тока (J), разогревая соединяемые детали до температуры (T), не приводящей к пластической деформации соединяемых поверхностей. Одновременно с начальным давлением (Q) и подачей импульса тока (J) на V-образный электрод подают ультразвуковые колебания (F) с заданной амплитудой.

При подаче УЗ-колебаний на преобразователь V-образный электрод начинает вибрировать вдоль оси вывода, создавая условия для разрушения оксидных пленок на свариваемых поверхностях и формирования физического контакта.

Известно, что при УЗС площадь очагов взаимодействия (S) соединяемых поверхностей «вывод - пленочная металлизация» составляет около 50% площади сварного контакта.

В течение времени t3-t4 амплитуду колебаний V-образного электрода уменьшают до нуля. К электроду прикладывают добавочное давление Q и одновременно подают повышенный импульс тока J, что способствует увеличению температуры T в зоне соединения и интенсивной пластической деформации соединяемых материалов.

В процессе образования соединения инициирование интенсивной пластической деформации соединяемых материалов путем скачкообразного увеличения температуры приводит к увеличению прочности (P) контактов «вывод - пленочная металлизация» и сокращению времени сварки.

Увеличение температуры и интенсивной пластической деформации приводят к полному удалению оксидных пленок и загрязнений из зоны соединения; повышают площадь заполнения микронеровностей соединяемых поверхностей; привариваемый вывод подвергается незначительному давлению и, следовательно, не способствует формированию напряженного участка в месте перехода сварного соединения в вывод. При этом площадь взаимодействия (S) вывода с пленочной металлизацией сопоставима с площадью сварного контакта, что снижает переходное сопротивление контакта «вывод - пленочная металлизация», а при эксплуатации силовых полупроводниковых приборов повышает их надежность.

После приварки вывода к полупроводниковому кристаллу V-образный электрод перемещается на позицию приварки вывода к траверсе корпуса. Циклограмма процесса приварки вывода на траверсе корпуса аналогична приварке вывода на кристалле.

Таким образом, использование предлагаемого способа приварки вывода в полупроводниковом приборе обеспечивает, по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Упрощается конструкция сварочного узла установки.

2. Повышается прочность сварных соединений.

3. Сокращается время сварки.

4. Повышается надежность силовых полупроводниковых приборов.

Источники информации

1. Россошинский А.А., Табелев В.Д. Комбинированный способ микросварки давлением // Автоматическая сварка, 1967, №11. C.35

2. А.с. СССР 719830 B23К 19/00. Способ термокомпрессионной сварки/ В.Е. Атауш, Р.Б. Рудзит, С.В. Карпенко, В.П. Леонов, Э.Г. Москвин (СССР). - Опубл. В Б.И., 1980, №9.

3. Патент РФ 2271909 B23К 31/02. Способ сварки давлением/ В.В. Зенин, Ю.Е. Сегал, Ю.Л. Фоменко, В.Я. Пьяных, А.В. Рягузов, В.А. Шарапов, (РФ). - Опубл в Б.И., 2006, №8.

Способ приварки вывода в полупроводниковом приборе, включающий подачу на V-образный электрод импульса тока с приложением начального давления и подачей на него ультразвуковых колебаний, последующее приложение добавочного давления с уменьшением амплитуды ультразвуковых колебаний до нуля, отличающийся тем, что ультразвуковые колебания подают вдоль оси привариваемого вывода, а в момент приложения добавочного давления на V-образный электрод подают повышенный импульс тока, обеспечивающий инициирование пластической деформации соединяемых материалов за счет скачкообразного увеличения температуры в зоне соединения.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении или ремонте теплообменной аппаратуры, в частности, из легированных сталей, склонных к закалке. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внешняя поверхность которой имеет коническую и цилиндрическую части, а внутренний диаметр равен проходному сечению трубы.

Изобретение относится к способу сварки трубопроводов без предварительного подогрева стыков. Способ включает в себя соединение 2-х и более цилиндрических металлических труб, трубных секций, трубных плетей сварным кольцевым стыком с применением дуговой сварки по всему периметру трубы.

Изобретение относится к сварному соединению металлических труб с внутренней пластмассовой трубой. Технический результат заключается в повышении надежности защиты от коррозии околошовной зоны соединений труб в трубопроводе.

Изобретение относится к сварным соединениям труб с внутренним покрытием. Технический результат: повышение надежности защиты от коррозии сварного шва и околошовной зоны соединений труб в трубопроводе.

Изобретение используется в строительстве трубопроводов из труб с внутренней пластмассовой трубой. Технический результат - упрощение технологии соединения труб с внутренней пластмассовой трубой при помощи электродуговой сварки в процессе монтажа трубопроводов и повышение качества защиты от коррозии сварных соединений трубопровода.

Изобретение может быть использовано при изготовлении трубы с двойными стенками, предназначенной, например, для парогенератора реактора на быстрых нейтронах. Труба с двойными стенками включает множество формирующих ее элементов, каждый из которых имеет внутреннюю трубу и внешнюю трубу.

Изобретение относится к коллектору вентилятора и способу его изготовлении. С помощью лазера осуществляют раскрой обечаек, фланцев в виде сегмента окружности, соединительных фланцев и стоек в виде ребер жесткости.

Изобретение относится к области авиационной и энергетической промышленности и может быть использовано при изготовлении и ремонте моноколес турбомашин методами стыковой сварки с оплавлением, при этом части моноколес могут быть сделаны как из одинакового, так и из разного материала.

Способ предназначен для изготовления тонкостенных конических обечаек с ребрами жесткости методом сварки. Производят формирование сегментов обечайки.

Изобретение относится к области сварки, в частности к электронно-лучевой сварке в вакууме разнотолщинных деталей. Стыковое замковое соединение осуществляется между деталью с большей толщиной, на торце свариваемой кромки которой выполняют основание замка, и деталью с меньшей толщиной, которая пристыковывается к ней.

Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллических заготовок и переходных элементов преимущественно из разнородных металлов для электротехники, электрометаллургии, машиностроения и судостроения.

Изобретение относится к области технологии сварки и служит для снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе автоматической сварки. .

Изобретение относится к области технологии сварки. .

Изобретение относится к устройству для ультразвуковой сварки такого типа, объяснение которого дается в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к способу и устройству вибрационной сварки и может быть использовано при сварке изделий из пластмасс. .

Изобретение относится к устройствам для сварки. .

Изобретение относится к устройствам для ультразвуковой сварки. .

Изобретение относится к устройству для ультразвуковой сварки. .
Изобретение относится к области соединения разнородных материалов, в частности к способу соединения монокристаллов алмаза с металлами, и может быть использован для создания различного рода однокристального обрабатывающего инструмента, медицинского инструмента, для создания на поверхности полупроводниковых и иных алмазов электрических контактов с металлом.

Изобретение относится к области термомеханической обработки сварных соединений, например сварных стыков рельсов, и может быть использовано на железнодорожном транспорте.
Наверх