Способ соединения разнородных материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ п1170387 1

Союз Советскнх

Социалистическкх

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнмтельйое к авт. свид-ву Р 653644 (22) Заявлено 2810.77(21) 2537706/25-27 с присоединением заявки М2 (23) Приоритет— (51)М. Кл 2

Н О) 1 9/02

В К 3

В 23 К 35/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.12.79. Бюллетень М 46 л

Дата опубликования описания 171279 (53) УДК 621. 385. .032. 73 . (088.8) И.Д.Морохов, A.Ô.Метелкин, С.П.Чижик, В.ДиФролов, В.Н.Лаповок, Л.К.Григорьева, Н,В.Кабуэан, и.л.дуболаиои, Л.В.Томимлольскии и О.б.бролои ф и ДСд тт т" и "о= »

% (72) Авторы изобретения (71) Заявитель „ :...Г C

МВ..-.= .-Л с.-б —.-, „,„, „т (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЙ РАЗНОРОДНЫХ

MATEP ИАЛО В

Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем, 5 ,. По основному авт,св. 9 653644 известен способ соединения разнородных материалов, при котором-припой помещают между пористой лентой и соединяемой с ней поверхностью или пропитывают ленту припоем заранее.

Затем производят пайку при температуре плавления припоя с небольшим (10-50OC) перегревом в защитной от окисления .атмосфере-водороде, инертных газах и др, Жидкий припой, пропи тывая пористую ленту, диспергируется и выходит в зону раздела пористой среды и паяемой поверхности н активизированном эа счет диспергирования 2О состоянии-, Активность смачивания повышается также благодаря тому, что диспергирование облегчает восстановление окисл»В, 25

Недостатком способа является невысокая электрическая и тепловая проводимость и нысокий уровень механических напряжений полученного соединения.

Целью изобретения является улучшение электрических, тепловых.и механических свойств соединения.

Указанная цель достигается тем, что по.предлагаемому способу пористая металлическая среда выполненаодвухслойной с размером пор в области, :,.прилежащей к полупроводниковому телу, меньше, чем в области, прилежащей к металлической поверхности.

При применении пористой металлической среды с размером пор 5-10 мкм качественно развязываю*ся термомехани- ческие напряжения, возникающие вследствие разности к,т.р. металла и полу-. проводника, за счет того, что процентное содержание пластичной состав:ляющей среды прямо занисит от размера пор н пористости, например, в случае пористой среды иэ никеля и припоя

IICp 2, 5:.

Етд = 20,2 х 10 н/м2

Е ПСр 2,5 = 2,0.х 10 н/м

С другой стороны, пористая среда с размером пор 0,1-1 мкм обеспечивает низкое значение теплового и электрического сопротивлений контак та, так как активность припоя увеличивается с увеличением степени диспер, ЖЖф@ф

ФЭЖмР!ГчФ ФФю"Гю . ° О "..... " ., 4

ЮФ 3Ф ФФЮ"ГЮ . ° 0 ъМюе5Ь.ай ., °

70 гирования припоя (с уменьшением раэМера пор); что облегчает устранение ойй8ла ="йолупроводника", резко ув7Глй- ;, ФивЖоМего сопротйвление контакта.

11еньший размер йор обеспечинает увеличение площади койтакта полу= проводникового тела с пористой средой, с которой осуществляется электрический и тепловой контакт полу" = г@бйодниКа, что увеличИвает тепло и электрическую. йроводимость KQH

Tà òà," например, s случае примене ния никелевой пористой среды и припоя ПСр 2,5:

Э-ж = 92 вт/м грал.

Лпср 2., 5 -- 38 нт/м ° град.

Уу(=6, 8 х 10 ом ° см

-б

ЛпсрР 5=20, 6 х 10 ом см

Меньшйй размер--" йор также влйяет и на состав кристаллизующегося в нем припоя (так, например, равно= " Зесйая Концентрация" растворенного

i свинце никеля возрастает при уменьшении пор), а электросопротив- " ление контакта кремний- никель значительно ниже, чем контакта кремнийсвинец, при этом размер пор от 0,1 до 1 мкм ойредЕляется процессом коаг ляции-"высокодисперсного "порошка при темПературах пайкй свийцовыьй припоями -250 ; †4 С (средний размер пор пористой среды, определяется, главным образом, дисперсностью Нс ходкого порошка).

Что касается развязки термомеханических напряжений, оптимизация соединений подобного рода должна заключаться в увеличении пластичной составляющей пористой среды (уве лйчейие пористости и размера пор от 5 до 10 мкм), кроме т*ого, долж= ""Йо выполняться непременное условие достаточно высокой дисперсности

Табгица ср

3871

4 пористой- среди, приводящей к самоэалечинанию микролефектон путем

".: йич Yîòåíïåpàòóðíîãо лисперсионного спекания, обеспечить качестведное сОединение полупроводник оного тела с металлом.

Пример"осУмествления способа.

Кристаллы кремния КЭФ-4,5 размером 3 х 3,5 мм с напыленным и вожженным алюминием для измерения электрического сопротивления R цепи кристалл (алюминиевая металлиэация)— подложка (никель) паялись на компактньй никель-, На кристаллах тех же размеров, но с диффузионными резисторами измерялось тепловое сопротивление

R системы кристалл-подложка. В качестве подложки использовались ocнования корпусов типа Туф-2 .

На кристаллах кремния КЭф-4,5

20 ориентации (l(1) с размером 3 х 3 мм с диффузионными тенэореэисторами. ойределялс я"уровень напряженного состояйи я" кристалла по относительному иэмененйю сопротивления тензо25

aR у- Резисторов,— — . Кристаллы припаи о вались к медйым никелированным подложкам толщиной 0,2 мм. Для всех трех случаев гайку производили припоем

30 ПСр 2,5 через пористые прокладки однослойные с размером пор 0,110,0 мкм и двухслойные с размером пор в зоне, прилежащей к полупроводниковому кристаллу (зона а) 0,11,0 мкм, и в зоне, прилежащей к металлу (чона б), 5,0-10,0 мкм.

Режим пайки: температура 370- 380 С давл е и ие" на:- —:

40 кристалл 80-90 r время пайки 3,0 мин. авнительных результатов

99 пп

Характеристики соединения

Размер пор пористой прокладки, мкм

Вид про кл алки

Напряженное состояние лН вЂ” 100

RO

Тепловое сопротивление к ) град/мвт

ЭлЕктрическое сопротивление R< ом

1. однослойная 0,1 6,0 0,03 7,1

3, однослойная двухслойная а)0,1 б) 5,0

10,0

5,1

6,0

О, 038

0,055 3,8

4 однослойная двухслойная а)1,0 б) 10,0 двухслойная а) О, 1 6,0 0 OR

5,1 б) 5,0

2. однослойная О, 1 6, 0 О, 03 7 1

21 4 4,0 — -двухслойная à 1,0 . 21 0 0 6

t) .10, 0

10,0 0,055 3,8

703871

Формула изобретения

Составитель Е.Тютченкова х е О.Андрейко Корректор Я. Веселовская

Редактор Л.Василькова Техред . ндр

Заказ 7818/

/45 Тираж 92.3 Подписное, ЦНИИПИ Государственного комитета СССР и о делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. / .4 5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектйая, 4

Таким образом применение двухслой" ной пористой прокладки позволяет ,повысить процент выхода годных приборов и интегральных схем по электрическим парамеетрам благодаря снижению пика температурных воздей- 5 ствий с одновременным обеспечением высоких прочностных харак-; теристик соединения; повысить производительность операций монтажа полупроводниковых приборов и интЕ- гральных схем за счет введения групповой пайки в конвейерных печах с обеспечением высоких тепловых, электрических и механических свойств соединений; получить значительную 5 экономию драгоценных и дефицитных металлов за счет ликвидации золочения корпусов и золотосодержащих припоев.

Способ соединения разнородных материалов по авт ° св, 9 653644, о т л и чающий с я тем, что с целью улучшения электрических, тепловых и механических свойств соединения, пористая металлическая среда выполнена двухслойной с размером пор в области, прилежащей к полупроводниковому телу, меньше, чем в области, прилежащей к металлической поверхности °