ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H01L43/00 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к технологии изготовления гальваномагнитных приборов, и может быть использовано для производства высокочувствительных преобразователей Холла и магниторезисторов.

Известна конструкция высокочувствительного гальваномагнитного прибора преобразователя Холла, состоящая из тонкого ≈ 1 мкм элемента эпитаксиального слоя антимонида индия, приклеенного к ферритовой подложке эпоксидным клеем. Сверху на перекрестие элемента с помощью кремнийорганического компаунда установлен ферритовый стержень концентратор магнитного потока. К контактным площадкам элемента припаяны выводы (рамка выводов). Вся конструкция сверху залита эпоксидным компаундом [1]
К недостаткам этого преобразователя относятся отсутствие герметичного корпуса, что приводит к неудобству механизированного монтажа преобразователя и его надежности, а также наличие паяных соединений рамки выводов с кристаллом, что не позволяет использовать автоматизированные методы сборки и снижает теплостойкость преобразователей, а также не позволяет уменьшить размер кристаллов, что приводит к большому расходу основного исходного материала эпитаксиальных структур.

Известна конструкция высокочувствительного гальваномагнитного прибора преобразователя Холла, состоящая из кристалла с элементом Холла, приклеенного эпоксидным клеем к площадке одной из ножек рамки выводов. Преобразователь имеет двухрядные выводы. Кристалл состоит из тонкого ≈ 1 мкм элемента одного из магниточувствительных материалов -InSb, InAs или др. приклеенного эпоксидным клеем к ферритовой или керамической подложке. На кристалле изготовлены контактные многослойные металлические площадки, которые соединены методом ультразвуковой или термокомпрессионной сварки микропроволокой с ножками рамки выводов. Кристалл сверху защищен кремний- органическим компаундом. В конструкции с ферритовой подложкой на перекрестие элемента установлен ферритовый концентратор. Вся конструкция преобразователя заключена в пластмассовый корпус [2]
Недостатками данной конструкции являются малая надежность и низкий выход годных приборов из-за того, что при термокомпрессии клеевая основа элемента размягчается и продавливается, что ухудшает соединение макропроволоки с контактными площадками и разрушает сам элемент. Кроме того, примыкание термокомпрессии к такому материалу, как антимонид индия, неприемлемо из-за высокой ≥ 350^оС температуры операции, а при ультразвуковой сварке такая конструкция рамки с кристаллом из-за недостаточной жесткости гасит ультразвуковые колебания, что также ухудшает качество соединения микропроволоки с контактными площадками кристалла и ножками выводов. Жесткость конструкции можно улучшить за счет применения рамки выводов из более жесткого или более толстого материала, однако более жесткие материалы являются в основном магнитными, что недопустимо для этих приборов, а применение более толстого материала увеличивает габаритные размеры прибора, усложняет процесс ее изготовления.

Для целого ряда изделий требуются преобразователи с однорядными выводами. Для них присоединение выводов ультразвуковой сваркой приводит к еще худшему качеству соединения из-за еще меньшей жесткости конструкции рамки с кристаллами.

Техническим результатом изобретений является улучшение качества соединения кристалла с рамкой выводов микропроволокой, что приводит к увеличению выхода годных приборов и их надежности.

Технической результат, обеспечиваемый изобретением, достигается тем, что в высокочувствительном гальваномагнитном преобразователе, содержащем кристалл, состоящий из подложки с расположенными на ней тонким магниточувствительным элементом и контактными площадками, приклеенный к рамке выводов, которая соединена микропроволокой с контактными площадками на кристалле, и пластмассовый корпус, кристалл закреплен непроводящим клеем на всех ножках рамки выводов в углублениях, выполненных на этих ножках.

Приклейка кристалла на все ножки рамки выводов позволяет получить жесткую конструкцию соединения кристалла и выводов, что позволяет изготовить качественное соединение микропроволокой контактных площадок кристалла с рамкой выводов. Это приводит к увеличению выхода годных приборов и их надежности, позволяет изготовить преобразователи с однорядным расположением выводов. Использование углублений на ножках рамки выводов позволяет уменьшить высоту преобразователя, ограничивает натекание клея на выводы в места разварки и улучшает качество соединения, облегчает монтаж кристаллов, не позволяя сползти кристаллу с места посадки. Непроводящий клей позволяет электрически развязать все выводы.

На фиг. 1 и 2 изображена конструкция гальваномагнитного прибора преобразователя Холла с односторонними выводами и ферритовым концентратором.

Магниточувствительный полупроводниковый элемент 1 в форме креста приклеен смолой 2 к ферритовой подложке 3, на кристалле сформированы контактные площадки 4. Такой кристалл приклеен в углублениях всех четырех ножек рамки выводов 5 непроводящим клеем 6. Контактные площадки 4 кристаллов соединены с выводами 5 микропроволокой 7 методом ультразвуковой сварки. Кристалл защищен сверху кремнийорганическим компаундом 8, на который крепится ферритовый концентратор 9. Конструкция преобразователя Холла опрессована пластмассой 10.

Конкретным примером служит преобразователь Холла из антимонида индия с ферритовыми подложкой и концентратором. Эпитаксиальный слой антимонида индия толщиной 1 мкм в форме креста 1, служащий магниточувствительным элементом, приклеен эпоксидной смолой 2 толщиной ≈ 30 мкм к ферритовой подложке 3 толщиной ≈ 500 мкм. На кристалле сформированы четыре двухслойные контактные площадки 4, содержащие омический слой меди толщиной ≈ 5 мкм и слой никеля толщиной ≈ 1 мкм, используемый для ультразвуковой сварки. Химфрезерованием из меди толщиной 150 мкм изготавливалась рамка выводов с однорядными выводами 5 и углублениями в ножках. Величина углубления ≈ 80 мкм, линейный размер на ≈ 50 мкм больше, чем соответствующий размер кристалла. Кристалл приклеен органической непроводящей смолой 6 в углублении площадок четырех ножек на рамке выводов. Контактные площадки 4 кристалла соединены с выводами микропроволокой 7 методом ультразвуковой сварки. Кристалл защищен сверху кремнийорганическим компаундом 8, служащим одновременно и для крепления ферритового концентратора 9. Вся конструкция опрессована пластмассой, образующей корпус 10. Крепление кристалла на все четыре ножки рамки выводов жестко связывает конструкцию, позволяя проводить методом ультразвуковой сварки качественное соединение микропроволокой контактных площадок кристалла с ножками выводов, а следовательно, увеличивая выход годных и надежность приборов. Использование углублений в ножках рамки выводов не дает растекаться клею, используемому для посадки кристалла, и соответственно улучшает качество соединения микропроволоки с выводами, что приводит к увеличению выхода годного и надежности приборов. Бортики углубления не дают сползти кристаллу с площадок, что улучшает качество сборки преобразователей. Дополнительным положительным эффектом является уменьшение общей высоты конструкции и соответственно габаритов преобразователей, облегчение ультразвуковой сварки за счет уменьшения разновысотности свариваемых точек.

Аналогично могут быть изготовлены преобразователи Холла из арсенида галлия, арсенида индия, преобразователи Холла без ферритовых обкладок в этом случае подложка изготавливается из ситалла или другого немагнитного материала и отсутствует ферритовый концентратор, преобразователи Холла с магниточувствительным слоем из эпитаксиального антимонида индия толщиной ≈ 0,3 мкм на подложке из арсенида галлия без приклейки этого слоя к другой подложке, магниторезисторы с магниточувствительным слоем из антимонида индия на ферритовой или немагнитной подложке.

Таким образом, техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является улучшение качества соединения микропроволокой кристалла с рамкой выводов, что приводит к увеличению выхода годных приборов и их надежности, изготовление высокочувствительных преобразователей Холла или магниторезисторов из тонких слоев InSb, InAs, GaAs или их твердых растворов с однорядным расположением выводов.

Сущность изобретения: кристалл, состоящий из подложки с расположенными на ней тонким магниточувствительным элементом и контактными площадками, закреплен на всех ножках рамки выводов в углублениях, выполненных на оконечных участках этих ножек. 2 ил.

ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий кристалл, состоящий из подложки с расположенными на ней тонким магниточувствительным элементом и контактными площадками, приклеенный электроизолирующим клеем к рамке выводов, которая соединена микропроволокой с контактными площадками на кристалле, и пластмассовый корпус, отличающийся тем, что кристалл закреплен на всех ножках рамки выводов в углублениях, выполненных на внутренних оконечных участках этих выводов.