СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/58 

Изобретение относится к электронной технике.

Известен способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий нанесение серебряной пасты в зону монтажа кристалла, монтаж кристалла на слой пасты и термообработку при температуре около 350^оС, при этом термообработку проводят при обдуве чистым газом (азотом или водородом), нагретым до температуры 350^оС, и с принудительной вентиляцией [1]
Недостатком этого способа является невозможность получения нужных качественных показателей, так как при проведении термообработки при температуре около 350^оС не достигается спекание частиц серебра и не обеспечивается требуемая электропроводность контактного слоя. Кроме того, отмечается значительное газовыделение, снижающее выход годных приборов, при герметизации металлостеклянных, керамических корпусов, проводимой при температуре выше 350^оС.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий нанесение золотосодержащей пасты в зону монтажа кристалла и на траверсы выводов, первую стадию термообработки при температуре 80-200^оС в течение 10-30 мин, вторую стадию термообработки при температуре 500-620^оС в течение 5-15 мин в инертной или восстановительной атмосфере, монтаж кристалла и разварку выводов на траверсах [2]
Недостатком этого способа является высокая стоимость приборов.

Технический результат снижение стоимости приборов за счет замены золотосодержащих материалов на серебросодержащие при сохранении качества получаемых приборов.

Технический результат достигается тем, что по способу изготовления полупроводниковых приборов, включающему нанесение проводниковой пасты в зону монтажа кристалла, первую стадию термообработки, вторую стадию термообработки в инертной или восстановительной атмосфере и монтаж кристалла, монтаж кристалла осуществляют перед первой стадией термообработки, первую стадию термообработки проводят при температуре 75-100^оС в течение 30-100 мин, вторую стадию термообработки проводят при температуре 370-430^оС в течение 40-150 мин, при этом в зону монтажа кристалла наносят пасту, содержащую мелкодисперсные частицы серебра чешуйчатой формы размером 1-10 мкм, порошок легкоплавкого стекла и органическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Мелкодисперсные частицы серебра 55,0-70,0 Легкоплавкое стекло 14,5-21,0 Органическое связу- ющее 14,5-24,0
Сущность изобретения заключается в том, что нанесение в зону монтажа кристалла проводниковой стеклосеребряной пасты, содержащей мелкодисперсные частицы серебра чешуйчатой формы размером 1-10 мкм, порошок легкоплавкого стекла и органическое связующее при указанном соотношении компонентов, монтаж кристалла на слой стеклосеребряной пасты перед первой стадией термообработки, проведение первой стадии термообработки при температуре 75-100^оС в течение 30-100 мин, проведение второй стадии термообработки при температуре 370-430^оС в течение 40-150 мин обеспечивают надежное крепление кристалла кремния на монтажной площадке при приложении циклических температурных воздействий и приводит к значительному снижению стоимости приборов по сравнению с прототипом за счет замены золота на серебро при сохранении качественных показателей и выхода годных приборов на уровне прототипа.

Паста при указанных соотношениях компонентов кроме собственно мелкодисперсных частиц серебра чешуйчатой формы размером 1-10 мкм содержит порошок легкоплавкого стекла, обеспечивающего адгезию за счет смачивания монтажной площадки корпуса, кристалла и частиц серебра, и органическое связующее, удаляемое в процессе термообработки и обеспечивающее необходимую реологию проводниковой пасты на стадии нанесения ее в зону монтажа кристалла. При использовании мелкодисперсных частиц серебра размером менее 1 мкм происходит образование большого количества трещин в соединительном слое, что приводит к снижению адгезии кристалла. Использование серебра с размером частиц более 10 мкм ухудшает спекаемость частиц, что приводит к снижению проводимости стеклосеребряного слоя и адгезии кристалла.

При содержании мелкодисперсных частиц серебра в проводниковой пасте менее 55% снижается проводимость стеклосеребряного слоя, что приводит к увеличению переходного сопротивления кристалл-корпус и, в конечном итоге, к снижению качества. При содержании мелкодисперсных частиц серебра в проводниковой пасте более 70% снижается адгезия кристалла вследствие недостаточной смачиваемости частиц серебра стеклом.

При содержании легкоплавкого стекла в пасте менее 14,5% происходит снижение адгезии кристалла, увеличение содержания легкоплавкого стекла более 21% приводит к снижению электро- и теплопроводности и, как следствие, к снижению качественных характеристик.

При содержании органического связующего менее 14,5% происходит увеличение вязкости пасты, что затрудняет ее нанесение в зону монтажа кристалла. Увеличение содержания органического связующего более 24% приводит к снижению технологических параметров пасты: уменьшению сроков хранения за счет расслаивания, затруднению ее нанесения за счет самопроизвольного вытекания из шприца и, кроме того, это нецелесообразно, так как возрастает длительность первой стадии термообработки, что снижает производительность процесса.

Проведение первой стадии термообработки при температуре 75-100^оС в течение 30-100 мин обеспечивает удаление легколетучих компонентов органической фазы, что приводит к уплотнению стеклосеребряной пасты и позволяет в дальнейшем получить плотное стеклосеребряное покрытие хорошего качества и с хорошей адгезией к материалу корпуса. Проведение первой стадии термообработки при температуре ниже 75^оС приводит к недостаточному удалению растворителя, образованию пор в слое покрытия, что приводит в дальнейшем к снижению качества стеклосеребряного слоя. Проведение первой стадии термообработки при температуре выше 100^оС приводит к интенсивному испарению растворителей, входящих в состав пасты, что также снижает качество покрытия (образование пористого слоя).

Уменьшение времени первой стадии термообработки менее 30 мин приводит к недостаточному испарению растворителей и образованию пор в покрытии, а увеличение времени более 100 мин нецелесообразно, так как снижается производительность процесса.

Проведение второй стадии термообработки при температуре 370-430^оС в течение 40-150 мин обеспечивает удаление органического связующего, расплавление порошка стекла, способствующего равномерному распределению частиц серебра в слое, улучшению адгезии, спеканию частиц серебра, формированию качественного стеклосеребряного слоя. При проведении второй стадии термообработки при температуре ниже 370^оС происходит значительное снижение адгезии за счет недостаточного смачивания стеклом соединяемых поверхностей. Повышение температуры второй стадии термообработки выше 430^оС приводит к образованию трещин и пустот в слое покрытия за счет газовыделения из стекла, что снижает адгезию.

Уменьшение времени второй стадии термообработки ниже 40 мин приводит к снижению адгезии за счет образования пор в покрытии, а увеличение времени более 150 мин ухудшает контактное сопротивление подложка-кристалл, что приводит к снижению процента выхода годных.

В качестве легкоплавкого стекла может быть использовано стекло с температурой размягчения 290-350^оС, например свинцово-боратное. В качестве органического связующего может быть использован раствор акрилового полимера, например полибутилметакрилата в растворителе с низкой температурой кипения, например терпинеоле, 2,2,4-триметил-1,2-пентандиолмоноизобу- тирате, монобутиловом эфире диэтиленгликольацетата или их смесях.

Нанесение пасты в зону монтажа кристалла может быть осуществлено, например, методом штемпелевания или выдавливания из шприца импульсом сжатого воздуха или в случае, когда размеры кристалла малы, с помощью кристалла путем его окунания в пасту и последующего переноса пасты, находящейся на поверхности кристалла, на монтажную площадку корпуса.

П р и м е р 1. Готовят стеклосеребряную пасту, для чего берут 61 мас. мелкодисперсных частиц серебра чешуйчатой формы размером 1-10 мкм, 19 мас. порошка свинцово-боратного стекла и 20 мас. органического связующего (7%-ный раствор полибутилметакрилата в смеси терпинеола и бутилкарбитолацетата).

Приготовленную пасту гомогенизируют, тонким слоем наносят в зону монтажа кристалла металлостеклянного корпуса (например, ножка Я.53.395.002), осуществляют монтаж кристалла кремниевого транзистора и проводят первую стадию термообработки при температуре 90^оС в течение 60 мин. Затем проводят вторую стадию термообработки в конвейерной печи при температуре 400^оС в течение 110 мин в восстановительной атмосфере. Проводят визуально контроль стеклосеребряного покрытия. Затем осуществляют разварку проволочных выводов на траверсах. Проводят контроль собранной ножки, оценивая качество монтажа кристалла по усилию сдвига кристалла. Испытанию подвергалась выборка из десяти изделий. Выход годных на стадии сборки ножки составляет 96% Далее проводят операции герметизации, обслуживания выводов и контроля готовых транзисторов. Выход годных приборов составляет 86,4%
П р и м е р 2. Проводят аналогично примеру 1, при этом пасту наносят в зону монтажа кристалла термического корпуса и вторую стадию термообработки проводят в инертной атмосфере.

Выход годных на стадии сборки составляет 96% выход годных приборов 86,4%
Остальные примеры выполнения приведены в таблице, где примеры 1-5 лежат в пределах, заявляемых в формуле изобретения, примеры 6-19 показывают выход за пределы, пример 20 по прототипу.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с прототипом снижение стоимости приборов в 2-5 раз при сохранении качества получаемых приборов на уровне прототипа.

Использование: в электронной технике для снижения стоимости приборов. Сущность изобретения: по способу изготовления полупроводниковых приборов в зону монтажа кристалла наносят проводниковую пасту, содержащую мелкодисперсные частицы серебра чешуйчатой формы размером 1-10 мкм, порошок легкоплавкого стекла и органическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас. мелкодисперсные частицы серебра 35-70, легкоплавкое стекло 14,5-21,0, органическое связующее 14,5-24,0, осуществляют монтаж кристалла, проводят первую стадию термообработки при температуре 75-100°С в течение 30-100 мин и затем вторую стадию термообработки при температуре 370-430°С в течение 60-150 мин в инертной или восстановительной атмосфере. 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий нанесение проводниковой пасты в зону монтажа кристалла, первую стадию термообработки, вторую стадию термообработки в инертной или восстановительной атмосфере и монтаж кристалла, отличающийся тем, что монтаж кристалла осуществляют перед первой стадией термообработки, первую стадию термообработки проводят 75-100^oС в течение 30-100 мин, вторую стадию термообработки проводят 370-430^oС в течение 40-150 мин, при этом в зону монтажа кристалла наносят пасту, содержащую мелкодисперсные частицы серебра чешуйчатой формы с размером 1-10 мкм, порошок легкоплавкого стекла и органическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Мелкодисперсные частицы серебра 55 70
Легкоплавкое стекло 14,5 21,0
Органическое связующее 14 24