Способ соединения разнородных материалов Советский патент 1979 года по МПК H01J9/02 B23K3/00 B23K35/00 

1

Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем.

По основному авт.св. 9 653644 известен способ сое;п(инения разнородных материалов, при котором-припой помещают между пористой лентой и соединяемой с ней поверхностью или пропитывают ленту припоем заранее. Затем производят пайку при температуре плавления припоя с небольшим (10-50С) перегревом в заститной от окисления :атмосфере водороде, инертных газах и др. Жидкий припой, пропитывая пористую ленту, диспергируется и выходит в зону раздела пористой среды и паяемой поверхности в активизированном за счет диспергирования состоянии;. Активность смачивания ; повышается также благодаря тому, что диспергирование облегчает восстановление окислсЛ.

Недостатком способа является невысокая электрическая и тепловая проводимость и высокий уровень механических напряжений полученного соединения.

Целью изобретения является улучшение электрических, тепловых и механических свойств соединения. Указанная цель достигается тем,

что по предлагаемому способу пористая металлическая среда выполненаолвухслойной с размером пор в области, ;прилежащей к полупроводниковому Q телу, меньше, чем в области, прилежащей к мета.плической поверхности.

При применении пористой металлической среды с размером .пОр 5-10 мкм качественно развязываются термомеханис ческие напряжения, :возникаю11те вследствие разности к,т,р. металла и полу-. проводника, за счет того, что процентное содержание пластичной составляющей среды прямо зависит от размера пор и пористости, например, в случае

0 пористой среды из никеля и припоя пор 2,5:.. :

ENI д.20,2 X 10 н/м Е пер 2,5 2,0. X 10 Н/м С другой .стороны, пористая сре5да с размером пор 0/1-1 мкм обеспечивает низкое значение теплового и электрического сопротивлений контакта, так как активность припоя увеличивается с увеличением степени диспергирования припоя (с уменьшеннемраэ Wfepa пор).пёРчает устрНйеЯие ШйШ ййяуп ВвбД5тка7 ред1 о увшта 3 1й1Шг6сб11ро йвленнё контакта. .. ,,; размер пор обеспечивает увёлйчёние площйди контакта пблу ОрбВодникового тела с пористой средой, скоторой осушествляется электрический и тепловой контакт полу ° да ЙодаШа/ то -увйлйч . V.-bf -i -iv.r.f-i-ir-iJ, „ л Wtil-.t.--.,- -- .--V.- ь;--- - - .-- .,. иэлёктрич её кую rif 1рЪ BO димЪ c fffKfai,например, в случае примененйя никелевой пористой и припоя ПСр 2,5: ....„„-.,.„.„:...v.,.,..,.,.,.., Л-т 92 вт/МГрад. АпСр 2,5 - 38 вт/МГрад, ,8 X 10 ом -см -- Л.пср,,,6 ом -см 7/ Меньший р эзЖеУ°1 Ь и на состав кристаллизующегося в нем припоя (так, например, равно 11 Ш а -) ацй и р аст в ор енн о го. ™ в свйнцё никеля возрастает при уменьшении пор), а электросопротивление контакта кремний-никель значительно ниже, чем контакта кремний свинец, при этом размер пор от 0,1 до 1 мкм бпрёдёляется процессом ко ляции высокодисперсного порошка при Температурах пайки свинцовыми приrto-ями -250°ч-400°С (средний размер пор Пористой среды, определяется , главным образом, дисперсностью исходного порошка), ,:...,,,,:: „ Что касается развязки термомеха ничёских напряжений, оптимизация соединений подобного рода должна Заключаться в увеличении пластич- , ной сост,.яющей порисюй среды (у порист остии раз мера пор от 5 до 10 мкм) , кроме тог67 долж ШШпОлняться нёпрёМённОе условие дос татрчно высокой дисперсности ™„.,., .-..,.,.,.,«,...„,,™g,.«.,,,, с пористой erpeftn, приводяш.ей к само-- . залечиванию микролефектов путем .ШТЗКотемпера урного ДУТ спер си он но го спекания, обеспечить качестве пк е соёДйненйе полупроводяикового тела с метал;лом, Пример с5сУетествления способа. Кристаллы кремния КЭФ--4,5 размером 3 X 3,5 им с напыленным и вожжечным алюминием для измерения элек-- - .- - - ; --.- -,.-- .. L., fpH4eCKO ro сопротивления К цепи кристалл (алйминиевая металлизация)- подпожка (никель) паялись накомпакт..ль-. На кри сталлах тех же размеров, но с диффузибНными резисторами кэмерялосК тепловое сопротивление R-p систёМЕЛ кристалл-подложка, В йаЧёСтве Подложки использовалась основания корпусов типа Туф-2, Па кристаллах кремния КЭФ-4,5 ориентации (1П) с размером 3x3 мм с диффузионйь1МИ тензорезисторами,Ъпрёделялрч уровень напряженного состояния кристалла по относительному изменению сопротийЛения тензорезисторов . Кристаллы припаивались к медным никелированным- подложкам тол1|иной 0,2 мм. .Цля всех трех случаев пайку производили припрем ПСр 2,5 чёрёз пористые прокладки однослойные сразмером пор 0,110,0 мкм и двухслойные с размером пор в зоне, прилежащей к полупроводниковому кристаллу (зона а),0,11,0 мкм, И в; зоне, прилежащей к :металлу (зона б), 5,0-10,0 мкм. Режим пайки:., 370-380 С температура ДйвлёШё на 80-90 г кристалл 3,0 мин. воемя пайки ёЛьных рёзультатов

0,1

1

однослойная

iSr;SS --l tfSfeg M 4 «««« SiJ

7,1

0,03

6,0

Таким образом применение двухслойной пористой прокладки позволяет .повысить процент выхода годных приборов и интегральных схем по 3Jie:k) трическим параметрам благодаря снижению пика температурных воздействий с одновременным обеспечением высоких прочностных харак-теристик соединения; повысить производительность операций монтажа полупроводниковых, приборов и интегральных схем за счет введения групповой пайки в конвейерных печах с обеспечением высоких тепловых,электрических и механических свойств соединений; получить значительную экономию драгоценных и дефицитных

703871

металлов за счет ликвидации золочения корпусов и золотосодержащих припоев.

Формула изобретения

Способ соединения разнородных материалов по авт.св. W 653644, отличающийся тем, что с целью улучшения электрических, тепловых и механических свойств соеди нения, пори ст а я мет гшли че ск а я среда выполнена двухслойной с размером пор в области, прилежащей к полупроводниковому телу, меньше, чем в области; прилежапдей к меташлической поверхности.