Способ соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем Советский патент 1992 года по МПК H01L21/98 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для сое- диненияполупроводникового

чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем.

Целью изобретения является упрощение процесса при повышении выхода годных.

Сущность изобретения заключается в том, что на поверхность полупроводникового чувствительного элемента датчика наносят микропорошок стекла, химический состав которого выбирают тождественным химическому составу стекла держателя при размере частиц микропорошка, равном 12- 40 нм, устанавливают датчик на держатель,

нагревают, выдерживают при температуре, на 130-240°С меньшей температуры деформации стекла держателя, и охлаждают сборку.

При тождественности химических составов стеклопорошка и стекла держателя последний и стеклянная прослойка между ним и чувствительным элементом являются максимально согласованными по химическому составу и коэффициенту термического расширения (КТР). Получение прослойки стекла из стеклопорошка расширяет возможность согласования по КТР этой прослойки и чувствительного элемента, так как стекло, полученное путем спекания порошка (с частичным оплавлением мельчайших

ы

N

W О

частиц), имеет повышенные механические свойства по сравнению с прозрачным стеклом того же состава.

Размер частиц стеклопорошка в пределах 12-40 нм обеспечивает понижение температуры образования плотной прослойки. Это позволяет одновременно нагревать соединяемые элементы до температуры, при которой не деформируется стеклянный держатель и не деградируют свойства чувствительного элемента. Малое отличие верхней и нижней границ дисперсности и ее малое абсолютное значение обеспечивают равномерность соединения по всей поверхности.

Верхняя граница интервала размера частиц стеклопорошка обусловлена требованиемснижениятемпературытермообработки на 130-240°С. Снижение имеет две составляющие: снижение на 80- 120°С за счет осуществления процесса спекания (вместо процесса оплавления) и снижение на 50-120°С за счет уменьшения размера стеклочастиц, последнее определяют по отношению

At 4ЈМ| t + 273 I

где (Т-поверхностная энергия, эрг- см2;

М - мол. масса, г;

t - температура плавления вещества в макрообъеме, °С;

D - диаметр частиц, см;

d - плотность, г см ;

L - скрытая теплота плавления, кал моль .

Принимая, что все параметры, кроме D, сохраняют свои значения, запишем это соотношение для снижения на 50-120°С и для снижения на 10°С, а затем, разделив второе соотношение на первое, получаем

050-120 (0-08... 0,2)0ю.

Снижение на 10°С можно получить при дисперсности около 200 нм. Следовательно, дисперсность (16... 40) нм обеспечит снижение на50-120°С.

Нижняя граница интервала размера частиц стеклопорошка обусловлена требованием воспроизводимости химического состава стеклопорошка в каждой его частице. Расчет производим на примере стекла пирекс, имеющего состав, вес %: SI02 80,5; В20з 12,0; А 20з2,0; №20 4,0; teO 1,0; СаО 0,5.

Условием воспроизводимости является содержание оксида кальция (т.е. того оксида, доля которого в стекле наименьшая) в каждой частице в количестве не менее 1000

молекул. Масса одной молекулы СаО составляет 9,3 г. Минимальная его масса в

о л

частице составляет 9,3 -10 г. В соответствии с химическим составом масса всей

стеклочастицы должна быть не меньше (9,3х ):0,005 1,86- г. Учитывая, что плотность стекла пирекс равна 2,23 г/см3, минимальный объем стеклочастиц составляет (1,86 ):2,23 8,3 (). Эта

величина соответствует диаметру 25 нм.

Результаты аналогичных расчетов для некоторых стекол (ИХС-10, С37-2, С48-3, С52-1), применение которых возможно для соединения, сведены в таблицу.

Из расчетов следует, что при размере

стеклопорошка менее 12 нм невозможно воспроизвести заданный химический состав стекла, а при размере стеклопорошка более 40 нм недостаточно снижение температуры образования слоя, т.е. не получается качественное по всей поверхности соединение.

Пример. Для соединения готовят суспензию стеклопорошка. Стеклопорошок имеет химический состав такой же, как состав держателя, марка СИ8-1 (SI02 66,5;

ВаОз 23,0; 3,0; К20 3,8; NaaO 3,7). Размер частиц стеклопорошка составляет 15- 30 нм, Суспензию осаждают центрифугированием на кремниевый чувствительный элемент. Высушивают при 120°С

в течение 0,5 ч. Устанавливают на держатель чувствительный элемент и совместно с ним нагревают в печи до 550°С, при этой температуре выдерживают в течение 20 мин.

Использование такого способа обеспечивает повышение качества соединения за счет равномерного соединения по всей поверхности.

Формула изобретения

Способ соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем, включающий нанесение микропорошка стекла на поверхность элемента, установку датчика на

держатель, нагрев, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения выхода годных, химический состав стеклопорошка выбирают тождественным химическому составу стекла держателя, размер частиц микропорошка устанавливают равным 12-40 нм, а выдержку осуществляют при температуре, на 130- 240°С меньшей температуры деформации стекла держателя.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для соединения полупроводникового чувствительного элемента датчика со стеклянным держателем. Цель изобретения - упрощение процесса при повышении выхода годных - достигается тем, что химический состав стеклопорошка выбирают тождественным химическому составу стекла держателя, размер частиц микропорошка устанавливают равным 12-40 нм, а выдержку осуществляют при температуре, на 130- 240°С меньшей температуры деформации стекла держателя. 1 табл. Srffe