Способ сборки полупроводникового прибора Советский патент 1993 года по МПК H01L23/00 

Изобретение относится к полупроводниковому производству и может быть использовано при изготовлении полу-, проводниковых приборов в металлостек- лянных корпусах.

Цель изобретения - повышение надежности полупроводниковых приборов.

Цель достигается тем, что в качестве металла, наносимого на ножку и внутренние выводы кристаллодержателя. используется алюминий, а на поверхность кристалла наносят германий.

При изготовлении полупроводниковых приборов в металлостеклянных корпусах с алюминиевой металлизацией для напайки

кристалла был опробован сплав алюминий- германий эвтектического состава с температурой плавления 424°С.

Для изготовления сплава AI-Ge используют флюс, состоящий, %, из хлористого бария 46,5; фтористого кальция 6,9; хлористого кальция 23,3 и хлористого натрия 23,3.

Эти составляющие первоначально отдельно прокаливались, затем растирались в порошок, смешивались и оплавлялись при температуре 850°С. Полученный флюс помещался в тигель из расчета 2-4% всей шихты вместе с навеской из AI и выдерживался при температуре 740°С в течение 10 мин. После этого в тигель помещались кусочки А

00

Ј

о ю

и помешивались кварцевым стержнем до растворения. Содержание Ge составляло 54% от содержания А. Расплав выдерживался в печи 20 мин, после чего развивался в изложницы. Полученный слиток имеет ци- линдричэскую форму диаметром от 8 до 10 мм, длиной 50-100 мм. При изготовлении приборов пайка кристаллов на ножку велась с использованием калиброванной крошки сплава AI-Ge, полученный от резки сплава на токарном станке типа Д-27 с глубиной резания 0,6 мм и подачей 0,4 мм.

Калибровка крошки производилась при помощи двух сит с размером ячеек 0,6 и 0,4 мм, что позволило получить крошку тех же размеров. Оптимальные размеры крошки были определены исходя из условий хорошей смачиваемое™ кристалла и исключения заплескивания сплава на р-п-пере- ход. При исследовании качества напайки было установлено, что на ковар сплав Al-Ge напаивается с меньшим процентом несмоченных мест, чем никель.

Наиболее высокое качество напайки было зафиксировано при пайке сплавом Ge на AI, где процент несмоченных мест был минимальным.

Оценка качества пайки производилась по измерению теплового сопротивления. Пайка велась на ручной установке 105А-39 при температуре в зоне пайки 450°С с использованием ножек с золотым, никелевым и злюминиермм покрытиями, Ножка покрывалась никелем толщиной 3 мкм гальваническим .путем. Перед напылением алюминиевые ножки проходили следующую обработку: обезжиривание в трихлорэтиле- не, химическое травление в 50%-ной соляной кислоте, промывку в деионизированной воде.

Процесс напыления производится на установке У В Н2М-2 в вакууме (2-5) мм рт.ст. при температуре подложки 170°С. Одновременно при защищенных стеклсизоля- торах Ai бып напылен на поверхность траверс ножек для осуществления термокомпрессионной приварки выводов. Толщина напиленного АГдопускалась 1,6-2,6 мкм. Приборы изготавливались по маршруту: обработка ножек перед напылением, напыле- ние AI, промывка ножек перед сборкой, пзйка кристаллов на эвтектику Ge-AI с помощью подвески контактно-реакционным методом, присоединение внутренних выводов к внешним AI проволокой.

П р и м е р 1, На кристалл напыляют слой германия толщиной 1,75 мкм. Температуру на рабочем столике подогрева ножки транзистора устанавливают равной 450-750°С. Ножку помеа ают на столик и прогревают до

заданной температуры, а затем присоединяют кристалл в течение 2 с. Присоединение внутренних выводов к внешним производится AI проволокой толщиной 27 мкм на установке ультразвуковой сварки. Далее сборка ведется по существующему технологическому процессу.

В новом способе отсутствуют операции лакировки и сушки траверс, так как исключена разность электрохимических потенциалов между свариваемыми материалами, которая наблюдалась в случае контакта Al-Au.

По указанному способу были изготовлены приборы КТ-601А с напайкой кристаллов на навеску из эвтектического сплава AI- Ge. При проведении технологической операции напайка кристаллов на ножку процент выхода годных, приборов соответствовал проценту выхода годных приборов, существующему в серийном производстве при напайке на эвтектику Аи. Проводились испытания приборов на соответствие их ТУ. Результаты испытаний приборов положительны.

Наряду с испытаниями приборов на соответствие ТУ, проведены сравнительные замеры параметров серийных транзисторов и опытных при температурах 20 и 120°С, результаты замеров сведены в таблицу.

Замеры Чкзнаси 121Е при температуре 120°С по отношению к тем же замерам при 20°С показали, что.у транзисторов с напайкой кристалла на эвтектику Al-Ge Чкзнас увеличилось в 2 раза у одного прибора, а увеличение 121Е у транзисторов не превышает 50% от первоначального значения.

Из таблицы следует, что напайка кристаллов на эвтектику Al-Ge позволяет получить приборы с более стабильными электрическими параметрами. В зависимости от конструкции корпуса, структура кристалла, метода присоединения выводов температура напайки кристаллов может варьироваться в широких пределах от 238 до 600°С в зависимости от эвтектического сплава на основе AI. Большая стабильность параметров объясняется тем, что использование для пайки эвтектики позволяет за счет увеличения взаимной растворимости металлов при посадке кристаллов в корпусе добиться хорошего качества пайки, снижая Rt.

При приварке выводов используется контакт металлов, обладающих одинаковым электрохимическим потенциалом. Поэтому исключается опасность ухудшения качества прибора со временем вследствие коррозии в области приварки.

Указанныйспособ сборки применим для сборки практически всей номенклатуры выпускаемых в настоящее время полупроводниковых приборов. Полученные результаты свидетельствует о перспективности применения эвтектических припоев на основе алюминия для напайки кристаллов на алюминиевый кристаллодержатель при изготовлении полупроводниковых приборов.

Формула изобретения 1. Способ сборки полупроводникового прибора преимущественно в металлостек- лянном корпусе, включающий соединение

кристалла, контактные площадки которого выполнены из алюминия, с металлическим кристаллодержателем пайкой эвтектическим сплавом алюминий-германий и соеди- нение контактных площадок с выводами алюминиевой проволокой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности прибора, перед пайкой на поверхность кристаллодержателя и внутренние части выводов напыляют алюминий.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что перед пайкой на соединяемую поверхность кристалла наносят слой германия.

Продолжение таблицы

Назначение: технология сборки полупроводниковых приборов. Сущность способа: при сборке полупроводникового прибора на кристаллодержатель и внутренние части выводов наносят алюминий, на поверхность кристалла наносят германий, пайку кристалла с кристаллодержателем осуществляют электрическим сплавом германий-алюминий, а алюминиевые контактные площадки соединяют с внутренними частями выводов алюминиевыми проволоками. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

™.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17 18