Способ пайки кристаллов дискретных полупроводниковых приборов к корпусу

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов путем бесфлюсовой пайки в защитной среде и может быть использовано при сборке кристаллов в корпуса силовых и усилительных приборов. Способ пайки кристаллов дискретных полупроводниковых приборов к корпусу включает предварительное облуживание нижней металлизированной поверхности кристалла и корпуса в расплавленном припое, перемещение кристалла, его прижим к полированной зеркальной неметаллизированной поверхности и выдержку при охлаждении, поднятие и перемещение кристалла к месту предполагаемого соединения, прижим кристалла к основанию и его притирку. Пайка проводится в среде защитной атмосферы. Техническим результатом изобретения является совершенствование технологического процесса соединения кристалла и корпуса, улучшение смачивания припоем паяемых поверхностей кристалла и корпуса, получение качественного паяного соединения без пустот и оксидных включений, улучшение теплоотвода и повышение выходной рассеиваемой мощности кристалла.

 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способу монтажа кристалла полупроводникового прибора методом бесфлюсовой пайки, и может быть использовано при сборке кристаллов в корпуса силовых и усилительных приборов путем пайки. Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов путем бесфлюсовой пайки в защитной среде таких газов, как водород, аргон, азот, формиргаз и др. Оно может быть использовано при сборке кристаллов в корпуса полупроводниковых приборов путем пайки преформами припоя.

Существуют различные способы пайки полупроводниковых кристаллов к корпусу.

В электронной промышленности при изготовлении полупроводниковых изделий широко применяется способ пайки эвтектическими сплавами [1], заключающийся в том, что сплавы в виде преформ припоя размещают между кристаллом и корпусом. Для активации соединяемых поверхностей, состоящей в разрушении оксидных пленок, эвтектическую пайку выполняют с вибрационным или ультразвуковым воздействием на кристалл.

Известен способ пайки полупроводникового кристалла к подложке, по которому небольшое количество припоя размещается рядом с кристаллом, расположенным на участке подложки, где он будет припаян. При температуре пайки расплавленный припой смачивает края кристалла и за счет капиллярного эффекта заполняет зазор между кристаллом и подложкой [2].

Известен способ изготовления полупроводникового прибора, по которому к подложке присоединяют кристалл с помощью припоя, который расплавляется между подложкой и полупроводниковым кристаллом [3]. При этом над подложкой устанавливают кожух, который соединен с устройством для понижения давления. С помощью кожуха над нагревателем, на который устанавливают подложку, создают пониженное давление и заполняют кожух газообразным азотом или водородом.

Однако все эти способы не предполагают предварительное облуживание и контроль качества облуживания паяемых поверхностей, что в конечном счете влияет на надежность соединения и тепловое сопротивление соединения кристалл-корпус и проявляется в снижении срока службы приборов и уменьшении выходной рассеиваемой мощности кристаллов.

При напайке кристаллов к корпусу необходимо, во-первых, обеспечивать, чтобы тепловое сопротивление, вносимое переходными слоями, было минимальным, и, во-вторых, не допускать появления под кристаллом участков, через которые поток тепла был бы затруднен.

Задачами заявляемого решения являются: совершенствование технологического процесса соединения кристалла и корпуса, улучшение смачивания припоем паяемой поверхности кристалла и корпуса, получение качественного надежного паяного соединения без пустот и оксидных включений, улучшение теплоотвода и повышение выходной рассеиваемой мощности кристалла.

Сущность: способ включает предварительное облуживание нижней металлизированной поверхности кристалла и корпуса в расплавленном припое, перемещение кристалла, его прижим к полированной зеркальной неметаллизированной поверхности и выдержку при охлаждении, поднятие и перемещение кристалла к месту предполагаемого соединения, прижим кристалла к основанию и его притирку. Пайка проводится в среде защитной атмосферы.

Техническим результатом изобретения является совершенствование технологического процесса соединения кристалла и корпуса, улучшение смачивания припоем паяемых поверхностей кристалла и корпуса, получение качественного паяного соединения без пустот и оксидных включений, улучшение теплоотвода и повышение выходной рассеиваемой мощности кристалла.

Технические результаты достигаются тем, что в способе сборки полупроводниковых приборов, предусматривающем пайку кристаллов к корпусам, проводится предварительное облуживание нижней металлизированной поверхности кристалла, его дальнейшее перемещение устройством захвата на полированную зеркальную неметаллизированную поверхность, выдержку при охлаждении до застывания припоя, последующий нагрев, отрыв кристалла и визуальный контроль облуженной поверхности. Поверхность при этом является равномерно облуженной и блестящей.

Примером пайки полупроводникового кристалла к корпусу может служить сборка СВЧ мощного GaN транзистора.

Нарезаются преформы из Au80Sn20. Затем они расплавляются на позолоченной металлизированной поверхности поликоровой платы и на самом предполагаемом месте соединения кристалла с корпусом. Кристалл механически захватывается инструментом с клейкой поверхности. Затем происходит перемещение кристалла к расплавленной ванне припоя, его опускание и прижим. Далее производится механическая притирка в течение 10 с ультразвуком либо механическими перемещениями кристалла по поверхности смаченного припоем напыленного золота. Далее кристалл, не поднимая, перемещают на неметаллизированную зеркальную полированную поверхность поликоровой платы и выключают нагрев. Проводится охлаждение, затем происходит подъем кристалла. Припой не может смачивать поверхность, так как она не металлизированная, следовательно, при отрыве кристалл не скалывают. Кристалл перемещается к месту контроля, установленному на термостоле; производится визуальный контроль облуживания поверхности кристалла. Припой должен располагаться равномерно, по всей поверхности, и иметь блестящий оттенок, повторяющий поликоровую поверхность (равномерно распределенный припой, имеющий гладкую блестящую поверхность, обеспечивает надежное соединение с поверхностью основания). В конце сборки кристалл размещают над облуженной поверхностью корпуса и прижимают с определенным усилием и, если необходимо, проводят притирку, но как показывают опыты, при таком способе сборки притирка даже не обязательна.

Корпус для установки СВЧ мощного GaN транзистора фиксируют прижимным устройством на термостоле. На площадках для облуживания и пайки кристаллов размещают фольгу из припоя Au80Sn20 размером, равным площади кристалла. В ориентированном положении на припой устанавливают кристалл. Облуживание кристалла и корпуса, а также дальнейшая пайка осуществляются при температуре 300-320°С.

Для испытаний была проведена сборка 16 выходных усилителей мощности (ВУМ).

Были проведены рентгенографические исследования. Анализ снимков показал, что площадь непропаев в среднем составляла не более 3%.

Приборы быстро настраивались для работы на требуемой полосе частот, а среднее увеличение выходной рассеиваемой мощности, благодаря уменьшению теплового сопротивления, составило более чем 25% по сравнению с приборами, собранными традиционными способами.

На основании вышеизложенного сделано заключение, что использование предлагаемого способа сборки полупроводниковых приборов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.

1) Производится предварительное облуживание кристалла.

2) Производится прижим кристалла к полированной зеркальной неметализированной поверхности и выдержка в охлажденном состоянии, что позволяет получить блестящую ровную поверхность припоя и равномерное расположение облуженного кристалла на корпусе при посадке.

3) Возможность осуществлять контроль качества облуживания путем неразрушающего снятия кристалла после пайки и дальнейшего визуального анализа площади пропайки.

Все эти факторы, как видно из опытов, позволяют улучшить электрические и тепловые характеристики приборов, что в итоге повысит срок их эксплуатации.

Источники информации

1) Минскер Ф.Е. Справочник сборщика микросхем. - М.: Высш. шк., 1992. - С. 70.

2) Патент ЕР (ЕПВ) №0316026 А1, кл. 6 Н01L 21/00, опубл. 17.05.89.

3) Патент Японии №1-50536 А2, Н01L 21/52, опубл. 27.02.89.

Способ пайки кристаллов дискретных полупроводниковых приборов к корпусу, включающий размещение кристалла над поверхностью корпуса и их дальнейшее соединение между собой методом пайки, отличающийся тем, что перед монтажом кристалла в корпус производится предварительное облуживание нижней металлизированной поверхности жестко закрепленного кристалла на металлизированной области платы с последующим перемещением его на полированную зеркальную неметаллизированную поверхность, прижим и притирку кристалла, его дальнейшее охлаждение и промежуточный визуальный контроль качества облуживания после снятия кристалла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при конструировании радиоэлектронной техники. Технический результат - повышение степени интеграции и снижение массогабаритных показателей ИМС.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технологии производства многокристальных модулей, микросборок и модулей с внутренним монтажом компонентов. Технический результат - снижение массы и габаритов, уменьшение трудоемкости и повышение надежности электронных узлов.
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Изобретение обеспечивает уменьшение температуры посадки кристалла на основание корпуса, повышение надежности контакта кристалла с основанием корпуса и применение недорогостоящих материалов при сохранении стабильности процесса.
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Изобретение обеспечивает повышение надежности контакта кристалла с основанием корпуса и стабильности процесса присоединения.

Изобретение относится к электронной технике. .

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, в частности к технологии сборки многокристальных полупроводниковых приборов с прижимным контактом. .
Изобретение относится к полупроводниковой, оптоэлектронной технологии, квантовой электронике. .

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к способу и устройству неразъемного соединения интегральных цепей с субстратом. .
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к предсварочной термообработке компонента турбины. Способ предварительной термообработки перед сваркой компонента турбины из никелевого сплава Inconel 939 включает нагрев компонента турбины до первой температуры в диапазоне от температуры на 35°F (19,4°C) ниже температуры растворения фазы γ' и до температуры начала плавления сплава и выдержку при этой температуре, охлаждение со скоростью 1°F (0,56°C) в минуту до температуры 1900°F(±25°F) (1038±15°C) и выдержку при этой температуре, охлаждение со скоростью 1°F в минуту до температуры 1800°F(±25°F) (982±15°C) и выдержку при этой температуре.

Изобретение относится к изготовлению монокристального алмазного инструмента. Способ включает пластифицирование твердосплавной порошковой смеси, засыпку полученной шихты в металлическую пресс-форму, прессование шихты в брикет, укладку монокристалла алмаза на поверхность брикета и спекание брикета с монокристаллом алмаза с пропиткой легкоплавким металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

Изобретение относится к способу изготовления металлизированной подложки (1), при этом подложка (1) по меньшей мере частично, предпочтительно полностью состоит из алюминия и/или алюминиевого сплава, при этом на поверхность (2) подложки (1) наносят по меньшей мере в некоторых зонах проводящую пасту (3), в первой фазе (B1) обжига подвергают проводящую пасту (3) воздействию постоянно повышающейся температуры (Т) обжига.

Изобретение может быть использовано при изготовлении отдельных секций камер жидкостных ракетных двигателей. Изготавливают двухслойную паяную конструкцию, состоящую из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке технологии алмазных электронных приборов увеличенной площади. Способ включает закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, при этом перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой.
Изобретение может быть использовано для подготовки деталей теплообменника из алюминиевых сплавов под пайку. Удаляют окисную пленку с поверхности деталей и наносят никелевое покрытие толщиной 5-7 мкм при температуре 85-90°C из раствора следующего состава, г/л: хлорид никеля 20-25, гипофосфит натрия 15-20, тиомочевина 0,001, борная кислота 5-15, молочная кислота 35-45.

Способ может быть использован для высокотемпературной пайки поверхности (10) металлической подложки (12), имеющей пассивный слой (18) оксида металла. Активируют упомянутую поверхность (10) металлической подложки (12) посредством пескоструйной обработки порошковыми частицами (14) активирующего материала.
Изобретение относится к пайке и может быть использовано, в частности, для изготовления композиционного катода из тугоплавких материалов, используемого для вакуумного нанесения тонкопленочных покрытий различного функционального назначения в отраслях машиностроения, микроэлектроники, приборостроении, электротехнике.
Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными как на пере лопатки, так и на торце бандажных полок, а также при пайке деталей, где требуется строгое ограничение растекания припоя в процессе пайки.
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной гироскопии. .
Наверх