Способ соединения полупроводниковой пластины с термокомпенсатором Советский патент 1993 года по МПК H01L21/28 

Изобретение относится к созданию полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления силовой электроники.

Цель изобретения -улучшение качества соединения за счет уменьшения несмоченных участков и выплесков расплава.

Поставленная цель достигается тем, что в способе соединения полупроводниковой пластины с термокомпенсатором, включающем сборку структуры, состоящей из пла- стинм полупроводникового материала, прокладки на основе алюминия или силумина и термокомпенсатора, помещение собранной структуры в камеру, нагрев ее в вакууме до рабочей температуры, превышающей температуру плавления прокладки, выдержку и охлаждение до комнатной температуры, после достижения теплового равновесия между структурой и окружающим пространством при рабочей температуре в . камере создают избыточное давление инертного газа не менее двух атмосфер. В качестве прокладки обычно используют либо алюминиевую, либо силуминовую фольгу с

процентным содержанием кремния до 20%. Термокомпенсаторы изготавливают из материалов на основе вольфрама, молибдена, графита или кремнил. Создание избыточного аэростатического давления на определенном этапе обработки способствует с одной стороны разрыву окисных пленок на поверхности соединяемых деталей, что при- .водит к улучшению смачиваемости, а с другой - препятствует вытеканию расплава за границу контактируемых деталей. Нижняя граница температуры выдержки определяется составом прокладки и требованием полного расплавления и не зависит от соединяемых материалов. Верхняя граница зависит только от минимальной температуры плавления одного из соединяемых материалов. Создание избыточного давления определяется моментом равномерного прогрева структуры и установлением равновесного температурного состояния между ней и окружающей средой.

Примеры осуществления способа. Способ быг, осуществлен на специальной установке, -позволяющей создавать вакуум

Чи

fe

00

го со о со

до мм рт.ст. и избыточное давление до 60 атм, а также осуществлять нагрев до 800°С. Перед проведением процесса собирают структуру, состоящую из термокомпенсатора - молибдена 55 мм, на нее накладывают силуминовую фольгу с 12% содержанием кремния диаметром 54,6 мм, которую накрывают кремниевой пластиной диаметром 54 мм. Собранную структуру помещают в рабочую камеру, в которой создают вакуум 2-105 мм рт.ст. и производят нагрев структуры до температуры 720°С. После выдержки в течение 5 минут при этой температуре в камере создают избыточное давление азота. Данное время выдержки соответствует моменту установления теплового равновесия между структурой и окружающей средой камеры, т.е. моменту равномерного прогрева структуры, что подтверждалось контрольными термопарами. После выдержки при избыточном давлении в течение 40 минут постепенно снижают температуру со скоростью 1 °С/мин до температуры 450°С, а затем охлаждают естественным путем до комнатной температуры. После окончания процесса контролируют сплошность соединения путем снятия пологой фаски и наблюдения под микроскопом качества Шва, а также с помощью дефектоскопа.

Аналогичные эксперименты были проведены и для структуры диаметром 76 мм. Результаты измерений сведены в таблицу.

Установлено и это видно из таблицы, что при избыточном давлении в 2 атм и бо0

5

0

5

0

5

лее несмоченные участки и вытеки практически отсутствуют, причем независимо от диаметра соединяемых элементов. Момент создания избыточного давления зависит от скорости нарастания температуры и диаметра соединяемых элементов, но отличается незначительно для широкого спектра и лежим в пределах 5-10 мин.

Использование предлагаемого способа в сравнении с прототипом позволит повысить процент выхода годных приборов и уменьшить материальные затраты.

Формула изобретения Способ соединения полупроводниковой пластины с термокомпенсатором, включающий сборку структуры, состоящей из пластины полупроводникового материала, прокладки на основе алюминия или силумина и термокомпенсатора, помещение собранной структуры в камеру обработки, откачку, нагрев структуры в вакууме до рабочей температуры, превышающей температуру плавления прокладки, выдержку и охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что. с целью улучшения качества соединения за счет уменьшения несмоченных участков и выплесков расплава, после достижения температурного равновесия между структурой и окружающим пространством камеры в процессе выдержки в камере создают избыточное давление инертного газа, не менее двух атмосфер,

Назначение: электронная техника. Сущность изобретения: при соединении полупроводниковойпластиныс термокомпенсатором после нагрева и достижения теплового равновесия между структурой и окружающим пространством в камере, где осуществляют соединение, создают избь точное давление инертного газа не менее двух атмосфер. 1 табл.