СПОСОБ БЕССВИНЦОВИСТОЙ ПАЙКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА К КОРПУСУ Российский патент 2006 года по МПК H01L21/52 

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий электронной техники и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпуса полупроводниковых приборов путем пайки припоями, не содержащими свинец.

Движение за полный запрет свинца в электронной аппаратуре набирает все большую силу во всех промышленно развитых странах. В настоящее время нет законодательных ограничений по использованию свинца, но фирмы-производители электронной аппаратуры интенсивно ведут разработку технологических процессов пайки изделий электронной техники припоями, не содержащими свинец.

Существуют различные способы пайки полупроводниковых кристаллов к корпусам.

Известен способ пайки полупроводникового кристалла к корпусу, по которому на слой никеля, нанесенного на паяемую сторону кристалла, наносят электролитическое покрытие из сплава никель-олово, содержащего 30-50% Ni, из фторхлоридного электролита с органической добавкой ОС-20, между кристаллом и никелированным корпусом размещают фольгу припоя ПСр 2,5, а пайку проводят в среде водорода или в вакууме [1].

Недостатком данного способа является использование при пайке припоя, содержащего 92% Pb.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ [2] пайки полупроводниковых кристаллов к корпусу, по которому на паяемую поверхность 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.

Недостатком этого способа является низкая коррозионная стойкость цинкового покрытия во влажном воздухе и в атмосфере промышленного города.

Кроме того, цинк во влажном воздухе покрывается пленкой, состоящей из карбоната цинка, что ухудшает смачиваемость цинкового покрытия оловом с течением времени хранения перед пайкой. Более того, солевые пленки попадая в паяный шов, повышают вероятность непропаев, особенно при пайке кристаллов с размерами более 4×4 мм, что способствует увеличению теплового и электрического сопротивления контакта полупроводникового кристалла с корпусом.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, - это исключение использования свинца при пайке, повышение коррозионной стойкости покрытия паяемой поверхности кристалла, улучшение смачиваемости оловом поверхности кристалла при температуре пайки, повышение надежности полупроводниковых приборов за счет уменьшения площади непропаев в паяном шве.

Эта задача достигается тем, что в способе бессвинцовистой пайки полупроводникового кристалла к корпусу, заключающемся в нанесении цинка на паяемую поверхность кристалла и пайке к основанию корпуса, покрытому оловом, с целью исключения использования свинца при пайке, повышения коррозионной стойкости покрытия паяемой поверхности кристалла, улучшения смачиваемости оловом поверхности кристалла при температуре пайки, повышения надежности полупроводниковых приборов за счет уменьшения площади непропаев в паяном шве на пленку цинка дополнительно наносят оловянно-висмутовое покрытие с содержанием висмута 0,4-0,9%.

Примером бессвинцовистой пайки полупроводникового кристалла к корпусу может служить сборка транзисторов типа 2П769В в корпус ТО-220. На паяемую поверхность полупроводникового кристалла в составе пластины по известной технологии наносят пленки алюминия и цинка. На пленке цинка формируют оловянно-висмутовое покрытие заданной толщины с содержанием висмута 0,4-0,9%.

При соответствующих режимах электролиза покрытие сплавом Sn-Bi получают с мелкозернистой структурой и пониженной твердостью. В зависимости от состава электролита данные сплавы могут осаждаться в виде матовых или блестящих осадков. Электролиты с добавкой ОС-20 или двумя добавками ДДДМ и ОС-20 позволяют получать светлые, мелкозернистые, плотные покрытия.

Коррозионная стойкость покрытий сплавом Sn-Bi зависит от состава, толщины, структуры и пористости осадков. Большей коррозионной стойкостью обладают покрытия с содержанием висмута 0,4-0,9%.

Медная выводная рамка корпуса типа ТО-220 на 10 кадров по известной технологии покрывается химическим никелем, а на основание корпуса в месте пайки кристаллов наносят слой олова. Выводные рамки фиксируют в кассете, а на основания корпусов в ориентированном положении устанавливают кристалл.

Пайка осуществляется в водороде или вакууме на оптимальных режимах. При нагреве происходит смачивание оловом паяемой поверхности кристалла, а при кристаллизации расплава цинк-олово-висмут образуется паяный шов с уменьшенной площадью непропаев.

Таким образом, использование предлагаемого способа бессвинцовистой пайки полупроводникового кристалла к корпусу обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Исключается использование свинца при пайке.

2. Повышается коррозионная стойкость покрытий паяемой поверхности кристалла.

3. Улучшается смачиваемость оловом поверхности кристалла при температуре пайки.

4. Повышается надежность полупроводниковых приборов за счет уменьшения площади непропаев в паяном шве.

Источники информации

1. Патент RU 2167469 С2, Н 01 L 21/58. Способ пайки полупроводникового кристалла к корпусу / Сегал Ю.Е. (RU), Зенин В.В. (RU), Фоменко Ю.Л. (RU), Спиридонов Б.А. (RU), Колбенков А.А. (RU). Опубл. 20.05.2001. Бюл. №14. 4 с.

2. Патент RU 2212730 С2, Н 01 L 21/52. Способ монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса / Зенин В.В. (RU), Беляев В.Н. (RU), Сегал Ю.Е. (RU). Опубл. 20.09.2003. Бюл. №26. 3 с.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий электронной техники и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем пайки припоями, не содержащими свинец. Сущность изобретения: способ бессвинцовистой пайки полупроводникового кристалла к корпусу включает нанесение цинка на паяемую поверхность кристалла и пайку к основанию корпуса, покрытому оловом. На пленку цинка дополнительно наносят оловянно-висмутовое покрытие с содержанием висмута 0,4-0,9%. Техническим результатом изобретения является исключение использования свинца при пайке, повышение коррозионной стойкости покрытия паяемой поверхности кристалла, улучшение смачиваемости оловом поверхности кристалла при температуре пайки, повышение надежности полупроводниковых приборов за счет уменьшения площади непропаев в паяном шве.

Способ бессвинцовистой пайки полупроводникового кристалла к корпусу, включающий нанесение цинка на паяемую поверхность кристалла и пайку к основанию корпуса, покрытому оловом, отличающийся тем, что на пленку цинка дополнительно наносят оловянно-висмутовое покрытие с содержанием висмута 0,4-0,9%.