Устройство для фотонного нагрева Советский патент 1992 года по МПК H01L21/58 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в технологии пайки активных элементов лазерных диодов и термообработки полупроводниковых материалов.

Известны установки для монтажа и пайки кристаллов ЭМ-415, ЭМ-438А и другие. Эти установки предназначены для пайки эвтектическими сплавами с содержанием золота и с подачей в зону пайки инертного газа. Пайка проводится с помощью рези- стивного нагрева

Однако, эти установки не подходят для изготовления некоторых типов полупроводникового оборудования, где монтаж и пайка кристаллов производится раздельно, причем, пайка индиевыми припоями проводится в восстановительной среде водорода.

Известны установки для пайки таких кристаллов. Но эти установки громоздки, обладают большой инерционностью, требуют длительного времени для нагрева и охлаждения и, следовательно производительность их невелика

Известны установки с нагревом обрабатываемых изделий лучистой энергией. Они отличаются малой тепловой инертностью, высокими скоростями нагрева и возможностью управления нагревом на глубине обрабатываемых изделий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка фотонного нагрева, содержащая корпус внутри которого размещен кварцевый реактор с держателями для изделия, источник нагрева, включающий основные ряды галогенных ламп с контактами, расположенные сверху и снизу кварцевого реактора, систему охлаждения, имеющую водоохлаждаемый экран, размещенный между кварцевым реактором и корпусом, и коллекторы для обдува галогенных ламп воздухом, а также систему откачки рабочего объема кварцевого реактора и наполнения его инертным газом Эта установка предназначена для изотермического отжига полупроводниковых пластин. Однако, она не может быть использована для пайки кристаллов, так как расположение галогенных

сл

С

vj СЬ ND GJ

О

ламп сверху и снизу обрабатываемого изделия не обеспечивает равномерный прогрев изделий в кассете при пайке, кроме того в установке отсутствует система подачи водорода, которая необходима для пайки кристаллов на быстроокисляющиеся мягкие припои, например, индиевый.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей установки за счет обеспечения термической обработки объемных деталей, а также увеличения надежности. Эта цель достигается тем, что установка фотонного нагрева, содержащая корпус, внутри которого размещен кварцевый реактор с держателями для изделия, источник нагрева, включающий основные ряды галогенных ламп с контактами сверху и снизу кварцевого реактора, систему охлаждения, имеющую водоохлаждае- мый экран, размещенный между кварцевым реактором и корпусом и коллекторы для обдувки галогенных ламп воздухом, а также систему откачки рабочего объема кварцевого реактора и наполнения его инертным газом, снабжена двумя дополнительными рядами галогенных ламп, расположенными с боковых сторон кварцевого реактора, а оси ламп этих рядов перпендикулярны осям ламп основных рядов и размещены между ними, причем расстояние между осями ламп в каждом ряду лежат в пределах от двух до трех Д, где Д - диаметр лампы, а каждый ряд галогенных ламп закреплен на водоохлаждаемом экране посредством дополнительно введенных двух плат, при этом контакты на одной из плат установлены жестко, а на другой с возможностью перемещения вдоль осей ламп, кроме этого коллекторы для обдува воздухом галогенных ламп выполнены в виде цилиндрических трубок с двумя рядами конических отверстий и закреплены внутри водоохлаж- даемого экрана параллельно оси кварцевого реактора, а держатель выполнен сменным и установлен внутри кварцевого реактора параллельно его продольной оси.

В предложенной установке введение двух дополнительных рядов галогенных ламп, установленных с боковых сторон кварцевого реактора, так, что оси этих ламп перпендикулярны осям основных рядов ламп и размещены между ними, а расстояние между осями ламп лежат в пределах от двух, до трех Д, где Д - диаметр лампы, обеспечивает более интенсивный и равномерный прогрев изделий объемной формы в графитовых кассетах при их термической обработке. Что касается размещения каждого ряда галогенных ламп на платах, закрепленных на водоохлаждаемом экране и

установке контактов на этих платах, таким образом, что на одной из плат они закреплены жестко, а на другой установлены с возможностью их перемещения вдоль оси

ламп, позволяет производить относительно быструю замену вышедших из строя галогенных ламп, что способствует продлению срока службы установки.

Выполнение коллекторов для обдува га0 логенных ламп в виде цилиндрических трубок с двумя рядами конических отверстий и закрепление их внутри водоохлаждаемого экрана параллельно продольной оси кварцевого реактора уменьшает расстояние от

5 выходных отверстий до ламп и позволяет обеспечить более интенсивное охлаждение ламп, что способствует увеличению срока их службы.

Снабжение установки сменными де0 ржателями и установки их параллельно оси кварцевого реактора дает возможность установки в рабочий объем как графитовых кассет с изделиями для пайки, так и полупроводниковых пластин для термической

5 обработки, а кроме этого позволяет размещать изделия в центре кварцевого реактора, что обеспечивает обработку различных видов изделий. Таким образом, введение перечисленных выше признаков направле0 но на расширение технологических возможностей за счет термообработки и пайки не только плоских, но и объемных изделий, а также на увеличение надежности за счет продления срока службы установки.

5

На фиг. 1 изображен общий вид установки фотонного нагрева; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема системы откачки и наполнения газами; на фиг. 4 и 5 0 варианты сменных держателей для изделий; на фиг. 6 - выносной элемент I на фиг. 2; на фиг. 7 - место крепления галогенных ламп.

Установка фотонного нагрева состоит

5 из корпуса 1, внутри которого установлен кварцевый реактор 2, выполненный в виде полого параллелепипеда с выпуклыми стенками, внутренняя полость которого является рабочим объемом для проведения

0 технологических процессов. Кварцевый реактор 2 крепится фланцем 3 к водоохлажда- емому основанию 4 корпуса 1. С четырех сторон кварцевого реактора 2 установлены два основных и два дополнительных ряда

5 галогенных ламп 5 по шесть ламп в каждом ряду, причем основные ряды ламп 5 расположены с верхней и нижней сторон кварцевого реактора 2, а дополнительные ряды - с боковых сторон. Галогенные лампы 5 дополнительных рядов закреплены между галогенными лампами основных рядов и оси этих ламп перпендикулярны между собой.

Расстояние между лампами в каждом ряду лежит в пределах от двух до трех Д, где Д - диаметр лампы. Такое расстояние обеспечивает равномерный нагрев поверхности изделия и дает возможность надежного закрепления ламп. Галогенные лампы 5 каждого ряда устанавливаются посредством держателей на платах б, закрепленных на водоохлаждаемом экране 7. Лампы 5 закреплены в держателях, обеспечивающих быструю замену ламп при их выходе из строя. Каждый держатель выполнен в виде двух контактов 8 и 9, причем контакторы 8 выполнены неподвижными и смонтированы на одной из плат 6, а контакты 9 установлены с возможностью перемещения вдоль оси галогенной лампы 5 на другой плате. Контакты 9, например, могут быть выполнены в виде винта, взаимодействующего с гайкой, жестко связанной с платой б, чем обеспечивается надежный поджим лампы к неподвижному контакту 8.

Для ограничения зоны светового излучения кварцевый реактор 2 с галогенными лампами 5 окружен со всех сторон водоох- лаждаемым экраном 7. Внутренние поверхности водоохлаждаемого экрана 7 полированы, что увеличивает передачу лучистой энергии на обрабатываемое изделие и предотвращает нагрев внешних деталей.

Для создания лучших условий работы галогенных ламп 5, последние обдуваются воздухом, поступающим из коллекторов 10 сжатого воздуха. Коллекторы 10 расположены по углам внутри водоохлаждаемого экрана 7 и представляют собой цилиндрические трубки с соплами, в виде двух рядов отверстий конической формы, для выхода воздуха. Сопла расположены по образующим коллектора 10 в шахматном порядке напротив каждой лампы, так чтобы поток воздуха из сопла обдувая каждуюлампу был направлен под углом 30е к оси лампы 5.

Вход в кварцевый реактор 2 закрыт крышкой 11, на которой закреплен держатель 12 с обрабатываемыми изделиями. Держатель 12 выполнен из кварца и представляет собой фланец, с помощью которого держатель крепится к крышке, и рамку со штырями, приваренную к фланцу. На штыри устанавливается кассета с обрабатываемыми изделиями. Таким образом кассета открыта со всех сторон и поэтому равномерно прогревается излучением галогенных ламп 5. Крышка 11 с держателем 12 установлена с возможностью перемещения вдоль оси параллельной оси кварцевого реактора 2 и уплотнена прокладкой 13. Держатель 12 выполнен сменным. На фиг. 4 представлен держатель, предназначенный для термообработки двух полупроводниковых пластин, на фиг. 5 - держатель для установки графитовой кассеты при пайке кристаллов.

В установке предусмотрена система откачки 14 рабочего объема кварцевого реактора 2, системы наполнения его инертным газом 15 и подачи водорода 16, а также

0 устройство сжигания водорода.

Подача газа производится через отверстие 17 водоохлаждаемого основания 4, а откачка и выход газа через отверстие 18 кварцевого реактора 2.

5Система подачи водорода 16 выполнена

в виде последовательно расположенных источника подачи водорода, фильтра 19, пневматического клапана 20 и регулятора расхода водорода 21. Давление в системе 1 б

0 устанавливается и стабилизируется с помощью регулятора давления 22. Пневматический клапан 20 управляется через пневмораспределитель 23 от источника сжатого воздуха 24.

5 Устройство сжигания водорода установлено на выходе из кварцевого реактора 2 и выполнено в виде трубопровода 25 и нагревательного элемента 26, в качестве которого служит спираль для поджига отработанного

0 водорода, установленная на выходе из трубопровода 25.

Установка фотонного нагрева работает следующим образом. Открывается крышка 11 и на держатель 12, закрепленный на

5 крышке 11, устанавливается кассета с обрабатываемыми деталями, затем крышка 11 закрывается. Из реактора 2 откачивается воздух и включается система подачи водорода 16. Одновременно, с включением сис0 темы подачи водорода 16 подается напряжение на спираль поджига 25 устройства сжигания водорода. Затем включаются все ряды галогенных ламп 5. После проведения процесса пайки кристаллов на индие5 вый припой (например, прибор ИЛПН-212) галогенные лампы 5 отключаются, подача водорода прекращается, кварцевый реактор 2 продувается азотом с помощью системы 15. Установка отключается. Крышка 11

0 открывается. С держателем 12 снимаются готовые изделия.

В случае проведения процесса термообработки взамен подачи водорода и продувки азотом включается подача инертного

5 газа и включаются только основные ряды галогенных ламп 5.

Управление технологическим процессом осуществляется от микропроцессора.

Внедрение в производство описанной выше установки фотонного нагрева позволит проводить пайку кристаллов в тех полупроводниковых приборах, где монтаж и пайка этих кристаллов производится раздельно, причем пайка осуществляется быс- троокисляющимися мягкими припоями, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для фотонного нагрева, содержащее корпус, внутри которого размещен кварцевый реактор с держателем для изделий, источник нагрева, включающий основные ряды галогенных ламп, соединенных с рядами контактов, расположенные сверху и снизу кварцевого реактора, систему охлаждения с водоохлаждаемым экраном, размещенным между кварцевым реактором и корпусом, коллекторы для обдува галогенных ламп воздухом, и системы откачки рабочего объема кварцевого реактора и наполнения его инертным газом, о т- личающееся тем, что, с целью увеличения технологических возможностей за счет расширения параметров термической обработки объемных изделий и увеличения надежности, введены два дополнительных ряда галогенных ламп, расположенных с боковых сторон кварцевого реактора, так, что оси ламп дополнительных

рядов перпендикулярны осям ламп основных рядов и размещены между ними, причем расстояние между осями ламп в каждом ряду выбрано равным 2-3 диаметрам ламп, а каждый ряд галогенных ламп закреплен на

водоохлаждаемом экране через две введенные платы, на одной из которых жестко закреплен один ряд контактов, а на другой плате контакты установлены с возможностью перемещения вдоль осей галогенных

ламп, при этом коллекторы для обдува воздухом галогенных ламп выполнены в виде цилиндрических трубок с двумя рядами конических отверстий и закреплены внутри водоохлаждаемого экрана параллельно оси

кварцевого реактора, а держатель выполнен сменным и установлен внутри кварцевого реактора параллельно его продольной оси.

Сущность изобретения, в устройство для фотонного нагрева содержащее два ряда галогенных ламп, расположенных над и под кварцевым реактором, введены два дополнительных ряда ламп, расположенных вдоль обеих боковых поверхностей кварцевого реактора, причем размеры ламп и расстояния между ними выбраны обеспечивающими равномерность нагрева изделий, размещаемых на сменном держателе. 7 ил.

Фиг1

Vic

г 0

Et&tiB3

Фиг. 6

Фиг

5