СПОСОБ МОНТАЖА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КРИСТАЛЛОВ БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ В КОРПУСА Российский патент 2003 года по МПК H01L21/52 

Изобретение относится к области изготовления мощных полупроводниковых приборов и БИС путем безфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формиргазе и др. Оно может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпуса полупроводниковых приборов путем пайки припоями, не содержащими свинец.

Разработка способов сборки полупроводниковых изделии электронной техники методом пайки припоями без свинца в настоящее время является основной экологической проблемой микроэлектроники. На решение этой актуальной задачи направлены усилия всех специалистов, работающих в области полупроводниковой микроэлектроники.

Существуют различные способы монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса.

Известен способ пайки полупроводникового кристалла к подложке, по которому небольшое количество припоя размещают рядом с кристаллом, расположенным на участке подложки, где он будет припаян [1]. При температуре пайки расплавленный припой смачивает края кристалла и за счет капиллярного эффекта заполняет зазор между кристаллом и подложкой. Основным недостатком данного способа является наличие непропаев в паяном шве, т.е. невозможность получения спая, равного площади кристалла.

Известен способ соединения кремниевых кристаллов с медным основанием корпуса мощных транзисторов [2], заключающийся в том, что в зазор между кристаллом и теплоотводом вводят никелевую губчатую прокладку толщиной 0,1-0,2 мм и пористостью 65-80%, которая пропитывается в процессе пайки свинецсодержащим припоем. Недостатком этого способа является использование при пайке припоев, содержащих свинец.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ [3] монтажа кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка, по которому на коллекторную сторону кристалла напыляют алюминий толщиной 0,7-1,2 мкм, а затем проводят пайку к корпусу, покрытому припоем цинк-алюминий-германий (ЦАГ).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость изготовления полупроводниковых изделий, заключающаяся в изготовлении сплава ЦАГ и нанесении его на монтажную площадку методом электрического взрыва фольги. Это требует наличия специального дорогостоящего оборудования. Кроме того, при посадке кристаллов на сплав ЦАГ необходимо создавать наименьшее удельное давление кристалла на расплав и выполнять траектории движения инструмента в виде восьмерки для разрушения поверхностной оксидной пленки. Соблюдение этих требований особенно необходимо для кристаллов с размерами, превышающими 4•4 мм, так как с ростом площади кристалла увеличивается вероятность непропаев и оксидных включений. Более того, смачиваемость и растекание припоя ЦАГ по алюминиевой металлизации кристалла ухудшаются с течением времени хранения перед пайкой.

Задачей заявляемого решения является:
упрощение технологического процесса пайки полупроводниковых кристаллов в корпуса,
получение паяных швов без непропаев и оксидных включений:
получение спаев, равных площади кристалла;
исключение применения при пайке свинца.

Технические результаты достигаются тем, что на алюминий на коллекторной стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают исходя из заданной толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово.

Примером монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса может служить сборка транзисторов типа КТ 8232 А1, который имеет размеры кристалла 5,1•5,6 мм. Толщина паяного шва кристалла с корпусом составляет 50 мкм.

На коллекторную сторону полупроводникового кристалла в составе пластины по известной технологии наносят алюминиевую пленку толщиной 1,2 мкм, а на нее слой цинка толщиной 4 мкм (эвтектический сплав цинк-олово содержит 8% Zn и 92% Sn).

Медная выводная рамка пластмассового корпуса типа KT-43-1B на 10 кадров по известной технологии покрывается химическим никелем слоем толщиной 4 мкм. На корпуса в месте пайки кристаллов наносят слой олова толщиной 46 мкм.

Выводные рамки фиксируют в кассете. На площадках корпусов для пайки кристаллов в ориентированном положении устанавливают кристалл. Пайка осуществляется в вакууме при температуре 420-430^oС (температура плавления цинка составляет 419^oС) в течение 3 мин. При данной температуре происходит расплавление олова и цинка и при охлаждении (температура кристаллизации эвтектического сплава 8% Zn и 92% Sn составляет 200^oС) образуется паяное соединение кристалла с корпусом. При этом площадь спая равна площади кристалла.

Таким образом, использование предлагаемого способа монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Упрощает технологический процесс пайки полупроводниковых кристаллов в корпуса.

2. Повышает качество паяных соединений кристаллов с основаниями корпусов.

3. Исключает использование свинца при пайке.

Источники информации
1. Патент ЕР (ЕПВ) 0316026 А1, кл. 6 Н 01 L 21/00, oпубл.17.05.89.

2. Яковлев Г.А., Яковлев В.Г. Применение композиционных припоев системы Pb-Ni для сборки мощных полупроводниковых приборов. // Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы, 1979 - Вып.1, - с.87.

3. Монтаж кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка. / К.В. Маслова, С. О. Мохте, О.В. Панкратов и др. // Электронная промышленность, 1989. - 6. - С.24-26.

Использование: при изготовлении мощных полупроводниковых приборов и БИС при сборке кремниевых кристаллов в корпуса путем пайки припоями, не содержащими свинец. Способ монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса предусматривает напыление алюминия толщиной 0,7-1,2 мкм на коллекторную сторону кристалла и пайку к корпусу, покрытому припоем. При этом на алюминий на коллекторной стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают исходя из условия получения необходимой толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово. Техническим результатом изобретения являются упрощение технологического процесса пайки полупроводниковых кристаллов в корпуса, получение паяных швов без непропаев и оксидных включений, получение спаев, равных площади кристалла, исключение применения при пайке свинца.

Способ монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса, включающий напыление алюминия толщиной 0,7-1,2 мкм на коллекторную сторону кристалла и пайку к корпусу припоем, отличающийся тем, что на алюминий на коллекторной стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают из условия получения необходимой толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово.