Способ крепления полупроводникового кристалла к корпусу Советский патент 1992 года по МПК H01L21/58 

Изобретение относится к производству интегральных схем, а конкретно к способу присоединения полупроводникового кристалла к корпусу.

Известен способ присоединения кристаллов с помощью низкотемпературного припоя. При использовании этого способа на посадочную поверхность корпуса наносят низкотемпературный припои, а на обратную сторону кристалла в определенной последовательности наносят ряд металлов, причем металл первого слоя должен обладать хорошей адгезией с кремнием, а последний иметь максимальную смачиваемость припоем, нанесенным на корпус, при заданной температуре его плавления. Это требует специального прецизионного оборудования и применения сложных процессов нанесения метал нов.

Известен способ присоединения кристалла к корпусу, при котором на посадочную площадку корпуса в качестве припоя помещают золотую фольгу, содержащую 0.1-3% германия.

При данном способе не использую ся дорогие и сложные процессы и оборудование для нанесения металлов и припоев на поверхности кристалла и корпуса, и процесс присоединения кристалла значительно упрощается. Однако данный способ не гарантирует отсутствие пустот на границе раздела кристалл-эвтектической спай поскольку на присоединяемой поверхности кристалла всегда присутствует слой естественного окисла кремния, препятствующий образованию спая золото-кремний.

Известен способ присоединения золотой фольги, выбранный авторами в качестве прототипа, при котором после установки кристалла на золотую фольгу производят нагрев сборки до температуры образования эвтектики золото-кремний, а кристалл прижимают с усилием до 7 Н с одновременным приданием ему колебательного движения с амплитудой 0,2-0,8 мм и частотой 3-ЪО Гц

Придание кристаллу колебательного движения приводит к разрушению окисной пленки за счет трения между кристаллом ч

сл С

xj

фольгой и ее удалению за пределы кристалла. Однако при площади кристалла свыше 15 мм после начала образования жидкой эвтектики кристалл начинает скользить по поверхности фольги без разрушения окисла, что приводит к неполному смачиванию поверхности кристалла эвтектикой и нарушению теплового контакта на местах сохранения окисла, а это, в свою очередь, приводит к неравномерному теплоотводу в процессе функционирования схемы и возникновению локальных термо:спряжений в кристалле, ведущих к растрескиванию кристалла. Кроме того, для разрушения твердого естественного окисла требуется приложение значительных усилий к кристаллу, что может вызвать появление сколов и царапин на рабочей поверхности кристалла.

Целью изобретения является повышение выхода годных ИС,

Цель достигается тем, что в способе крепления полупроводникового кристалла к корпусу, включающем последовательное размещение в корпусе с площадкой для кристалла золотой фольги и кристалла, нагрев корпуса с кристаллом до температуры образования эвтектики золота и материала кристалла и соединение кристалла с площадкой корпуса при давлении на кристалл и придании ему колебательного движения перед размещением в корпусе поверхность золотой фольги, соединяемую с кристаллом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен, равным 2-5 мкм, а давление на кристалл при соединении устанавливают равным 0,05-0,1 Н. Перед размещением в корпусе поверхность золотой фольги, соединяемую с кристаллом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен, равным 2-5 мкм, а давление на кристалл при соединении устанавливают равным 0,05-0,1 Н.

Отличительными признаками заявляемого способа являются шаржирование золотой фольги перед укладкой в корпус алмазным порошком с величиной зерна 2-5 мкм и присоединение кристалла к корпусу при давлении 0,05-0,1 Н.

В процессе шаржирования золотой фольги алмазным порошком зерна алмазного порошка прочно закрепляются в поверхности фольги, частично выступая из нее. Кристалл, помещаемый на поверхности шаржированной фольги, образует массу точечных контактов с выступающими из фольги острыми вершинами алмазных зерен. При приложении к кристаллу давления вершины алмазных зерен ввиду своей высокой твердости внедряются в слой естественного окисла на обратной поверхности кристалла,

и прикалывают ее с образованием трещин в слое. При колебательном движении кристалла пленка окисла разрушается на мелкие кусочки. В результате этого поверхность

кристалла полностью очищается от окисла, а между посадочной площадкой корпуса и обратной поверхностью кристалла образуется равномерный по толщине и не имею- а1ий разрывов и пустот слой эвтектики

0 золото/кремний. Равномерности толщины эвтектичного слоя обеспечивается за счет калибрующего эффекта алмазных зерен. В результате применение заявляемого способа позволяет обеспечить качественный и

5 равномерный теплоотвод в процессе функционирования схемы, а также устранить перекосы кристалла, приводящие к обрыву внешних выводов схемы. Все это повышает надежность работы схемы. Кроме того, ис0 пользование алмазных зерен позволяет облегчить разрушение пленки естественного окисла, что приводит к снижению усилия,необходимого для посадки кристалла, а это уменьшает вероятность повреждения кри5 сталла в процессе его крепления к корпусу.

Пример. Алмазный порошок марки

А5-3/2, соответствующий стандарту ГОСТ

9206-80, в количестве 2-3 г. насыпают на

поверхность стеклянной пластины и с по0 мощью тонковолосяного флейца равномерно распределяют по поверхности. На подготовленную таким образом поверхность укладывают заготовку золотой фольги толщиной 25 мкм и обкатывают ее поверх5 ность металлическим валиком в двух взаимно перпендикулярных направлениях. После этого заготовку золотой фольги поднимают и по шаржированной алмазным порошком поверхности несколько раз проводят флей0 цем с целью снятия слабо закрепленных зерен алмаза. Обработанная таким образом заготовка золотой фольги имеет на своей поверхности не менее 200 зерен/мм2 жестко закрепленных алмазных зерен размером

5 от 2 до 5 мкм. Затем заготовку золотой фольги с помощью дисковых ножниц разделяют на отдельные пластинки размером 3x3 мм, которые укладываются в специальную кассету шаржированной поверхностью вверх и

0 в таком виде золотая фольга, шаржированная алмазным порошком, поступает на установку присоединения кристаллов.

Данная установка состоит из многопозиционного механизма транспортировки

5 корпусов с электроподогревом и двух манипуляторов, снабженных вакуумными захватами, работающими каждый на свою позицию: один для подачи шаржированной золотой фольги, другой для установки кристаллов в корпус, а также автомата загрузки

и выгрузки корпусов. Процесс присоединения кристалла осуществляется попозицион- но следующим образом: пука автомата загрузки берет из кассеты с исходными корпусами подлежащий обработке корпус и ус- танавливает его на первую позицию механизма транспортировки. После этого механизм транспортировки корпусов смещается на одну позицию, при этом срабатывают оба манипулятора, первый берет из кассеты золотую фольгу и устанавливает ее в корпус с шаржированной поверхностью кверху. Другой манипулятор захватывает из соответствующей кассеты кристалл, ориентирует его и устанавливает в корпус на шар- жированную поверхность золотой фольги, после чего штанга манипулятора вместе с кристаллодержателем начинает совершать колебательные движения с установленной амплитудой 0,2 мм и давлением на кристалл 0,07 Н, причем температура корпуса на данной позиции равна 405°С.

Процесс присоединения кристалла длится до полного растворения золотой фольги в течение 8 сек. После этого штанга манипулятора поднимается и возвращается в исходное положение, а цикл повторяется для следующего кристалла.

Размер алмазных зерен выбирается от 2 до 5 мкм. При величине зерен меньше 2 мкм не будет получено надежное соединение между кристаллом и корпусом, а при

величине диаметра зерен более 5 мм эвтектический слой имеет большую толщину, что приведет к увеличению расходов золота

Давление на кристалл при присоединении последнего к корпусу выбирается в пределах 0,05-0,1 Н, поскольку при более низком давлении крепление кристалла может быть ненадежным, а давление более 0,1 Н может вызывать разрушение кристалла.

Использование изобретения позволяет повысить надежность интегральных схем и увеличить выход годных изделий за счет устранения локального перегрева.

Формула изобретения .

Способ крепления полупроводникового кристалла к корпусу, включающий последовательное размещение в корпусе с площадкой для кристалла золотой фольги и кристалла, нагрев корпуса с кристаллом до температуры образования эвтектики золота и материала кристалла и соединение кристалла с площадкой корпуса при давлении на кристалл и придании ему колебательного движения, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных за счет уменьшения механических напряжений кристалла, перед размещением в корпусе поверхность золотой фольги, соединяемую с кристаллом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен 2-5 мкм, а давление на кристалл при соединении устанавливают равным 0,05-0,1 Н.

Использование: микроэлектроника. Сущность изобретения: поверхность золотой фольги, через которую кристалл соединяют с корпусом, шаржируют алмазным порошком с размером зерен 2-5 мкм. Давление на кристалл при нагреве и соединении равно 0,05-0,1 Н.