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

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов.

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 техническим решением является способ изготовления полупроводниковых приборов, включающий нанесение золотосодержащей пасты в зону монтажа кристалла и на траверсы выводов, первую стадию термообработки при 80-200^оС. в течение 10-30 мин, вторую стадию термообработки при 500-620^оС в течение 5-15 мин в инертной или восстановительной атмосфере, монтаж кристалла и разварку выводов на траверсах [2]
Недостатком указанного 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 в известном способе изготовления полупроводниковых приборов, включающем нанесение проводниковой пасты в зону монтажа кристалла и на траверсы выводов, термообработку, монтаж кристалла и разварку выводов на траверсах, нанесение пасты в зону монтажа кристалла осуществляют после термообработки, после монтажа кристалла проводят дополнительно термообработку при 75-100^оС в течение 30-100 мин и затем при 370-430^оС в течение 60-150 мин, при этом на траверсы выводов наносят пасту, содержащую мелкодисперсный порошок серебра и органическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас. порошок серебра 55,0-70,0 органическое связующее 30,0-45,0
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 55,0-70,0 легкоплавкое стекло 14,5-21,0 органическое связующее 14,5-24,0
Сущность изобретения заключается в том, что нанесение на траверсы выводов серебряной пасты, содержащей мелкодисперсный порошок серебра и органическое связующее при соотношении компонентов, заявленных в формуле изобретения, а также нанесение после термообработки в зону монтажа кристалла стеклосеребряной пасты, содержащей мелкодисперсные частицы серебра чешуйчатой формы размером 1-10 мкм, порошок легкоплавкого стекла и органическое связующее при соотношении компонентов, заявленных в формуле изобретения, проведение после монтажа кристалла дополнительной термообработки при 75-100^оС в течение 30-100 мин и затем при 370-430^оС в течение 60-150 мин, обеспечивают надежное крепление кристалла кремния на монтажной площадке при приложении циклических температурных воздействий, формирование качественного серебряного покрытия на траверсах выводов 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.

Серебряная паста при указанных соотношениях компонентов кроме мелкодисперсного порошка серебра содержит органическое связующее, удаляемое в процессе термообработки и обеспечивающее необходимую реологию пасты на стадии нанесения ее на траверсы выводов.

При содержании мелкодисперсного порошка серебра менее 55 мас. образуется несплошное покрытие, что ухудшает прочность приварки проволочных выводов, увеличение содержания порошка серебра более 70 мас. приводит к формированию пористого серебряного слоя, что также снижает прочность приварки проволочных выводов.

При содержании органического связующего в составе серебряной пасты для нанесения на траверсы выводов менее 30 мас. происходит увеличение вязкости пасты, что затрудняет ее нанесение на траверсы выводов и приводит к образованию рыхлого покрытия, увеличение содержания органического связующего более 45 мас. увеличивает растекаемость пасты, а также повышает пористость серебряного слоя.

Стеклосеребряная проводниковая паста при указанных соотношениях компонентов кроме собственно мелкодисперсных частиц серебра чешуйчатой формы с 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 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 адгезии кристалла вследствие недостаточной смачиваемости частиц серебра стеклом.

При содержании легкоплавкого стекла в пасте менее 14,5% происходит снижение 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 термообработки, что снижает производительность процесса.

Проведение дополнительной термообработки сначала 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.

Снижение температуры ниже 75^оС приводит к недостаточному удалению растворителя, образованию пор в слое покрытия, что приводит в дальнейшем к снижению качества стеклосеребряного слоя. При температуре выше 100^оС происходит интенсивное испарение растворителей, входящих в состав пасты, что также снижает качество покрытия (образование пористого слоя).

Уменьшение времени 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.

Дальнейшее проведение дополнительной термообработки при температуре t₂ 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 температуре ниже 370^оС происходит значительное снижение адгезии за счет недостаточного смачивания стеклом соединяемых поверхностей. Повышение температуры термообработки выше 430^оС приводит к образованию трещин и пустот в слое покрытия за счет газовыделения из стекла, что снижает адгезию.

Уменьшение времени дальнейшей термообработки менее 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 органического связующего в составе серебряной пасты для нанесения на траверсы выводов может быть использован, например, раствор этилцеллюлозы в терпинеоле и дибутилфталате.

В качестве органического связующего в составе стеклосеребряной проводниковой пасты для нанесения в зону монтажа кристалла может быть использован раствор акрилового полимера, например, полибутилметакрилата в растворителе с низкой температурой кипения, например, терпинеоле, 2,2,4-триметил-1,2-пентандиолионоизобутирате, монобутиловом эфире диэтиленгликольацетата или их смесях.

В качестве легкоплавкого стекла может быть использовано стекло с температурой размягчения 290-350^оС, например, свинцово-боратное.

Нанесение серебряной пасты на траверсы выводов может быть осуществлено, например, методом штемпелевания, окунанием или с помощью микродозатора.

Термообработка после нанесения серебряной пасты на траверсы выводов может быть проведена или как по прототипу в две стадии, или в одну стадию при температуре 500-620^оС в течение 5-15 мин.

Нанесение стеклосеребряной 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 серебряную пасту, для чего берут 63 мас. мелкодисперсного порошка серебра и 37 мас. органического связующего (5%-ный раствор этилцеллюлозы в смеси терпинеола и дибутилфталата) и тщательно гомогенизируют смесь.

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

Серебряную пасту тонким слоем с помощью профилированного инструмента наносят на траверсы выводов металлостеклянного корпуса (например, ножка Я. 53.395.002), проводят термообработку сначала при 110^оС в течение 20 мин, затем при 600 ± 10^оС в течение 8 мин в восстановительной атмосфере. После этого стеклосеребряную пасту наносят тонким слоем в зону монтажа кристалла, проводят монтаж кристалла кремниевого транзистора и проводят дополнительно термообработку сначала при 90^оС в течение 60 мин, затем в конвейерной печи при 400^оС в течение 110 мин в восстановительной атмосфере. Проводят визуально контроль серебряного покрытия на траверсах выводов, стеклосеребряного покрытия в зоне монтажа кристалла. Затем осуществляют разварку проволочных выводов на траверсах. Проводят контроль собранной ножки, оценивая качество монтажа кристалла по усилию сдвига кристалла и по прочности крепления проволочных выводов. Испытанию подвергалась выборка из 10 изделий. Выход годных на стадии сборки ножки составляет 96% Далее проводят операции герметизации, обслуживания выводов и контроля готовых транзисторов. Выход годных приборов составляет 86,3%
П р и м е р 2. Проводят аналогично примеру 1, но при этом используют керамический корпус, и вторую стадию термообработки серебряной пасты на траверсах выводов и стеклосеребряной пасты в зоне монтажа кристалла проводят в инертной атмосфере.

Выход годных на стадии сборки составляет 96% выход годных приборов 86,4%
Остальные примеры выполнения способа приведены в таблице, где примеры 1-7 лежат в пределах, заявляемых в формуле изобретения, примеры 8-23 показывают выход за пределы, пример 24 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. Сущность изобретения: в способе изготовления полупроводниковых приборов на траверсы выводов наносят пасту, содержащую мелкодисперсный порошок серебра и органическое связующее, при следующем соотношении компонентов, мас. порошок серебра 55,0 - 70,0; органическое связующее 30,0 45,0; термообрабатывают, наносят в зону монтажа кристалла проводниковую 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 55,0 - 70,0; легкоплавкое стекло 14,5 21,0; органическое связующее 14,5 - 24,0, осуществляют монтаж кристалла, проводят дополнительно термообработку при 75 100°С в течение 30 100 мин и затем при 370 - 430°С в течение 60 150 мин, после чего осуществляют разварку выводов на траверсах. 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, включающий нанесение проводниковой пасты в зону монтажа кристалла и на траверсы выводов, термообработку, монтаж кристалла и разварку выводов на траверсах, отличающийся тем, что нанесение пасты в зону монтажа кристалла осуществляют после термообработки, после монтажа кристалла проводят дополнительно термообработку при 75 100^oС в течение 30 100 мин и затем при 370 430^oС в течение 60 150 мин, при этом на траверсы выводов наносят пасту, содержащую мелкодисперсный порошок серебра и органическое связующее при следующем соотношении компонентов, мас.

Мелкодисперсный порошок серебра 55,0 70,0
Органическое связующее 30,0 45,0
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 55,0 70,0
Порошок легкоплавкого стекла 14,5 21,0
Органическое связующее 14,5 24,0