Материал: Сборочные операции и их контроль в микроэлектронике. Балашов Ю.С., Зенин В.В

Продолжение таблицы 1.4

Окончание таблицы 1.4

2. Пайка кристаллов и плат к корпусам

Крепление кристаллов полупроводниковых приборов и ИС к основанию корпуса должно обеспечивать хорошую механическую прочность, отвод тепла, а также стойкость к ударам и вибрациям. Выбор метода зависит, прежде всего, от материалов соединяемых деталей.

В полупроводниковой промышленности применяют следующие способы крепления кристалла на основание корпуса или на подложку: пайка припоями, пайка эвтектическими сплавами, сплавление, приклепывание токопроводящими и нетокопроводящими клеями, крепление кристаллов с помощью легкоплавких или тугоплавких стекол.

Выбор способа монтажа кристаллов зависит от конструктивных особенностей прибора, его электрических и тепловых характеристик, типа корпуса и других показателей.

2.1. Пайка кристаллов полупроводниковых приборов и ИС к контактным площадкам корпусов

Монтаж кристаллов пайкой широко применяется в технологии производства ИЭТ. Наибольшее распространение при монтаже кристаллов в корпуса или на держатели получили эвтектические припои золото – кремний и золото – германий. Однако при сборке кристаллов больших размеров появляются проблемы, связанные как с увеличением размеров соединения, так и невоз-

можностью обеспечить высокое качество и надежность монтажа с помощью традиционных процессов присоединения кристаллов.

С целью замены золота при пайке кристаллов проводился поиск других типов покрытий и припоев. В частности, хорошо зарекомендовали себя покрытия корпусов из никеля и его сплавов, а в качестве припоев сплавы на основе эвтектики олово – свинец. Коллекторная сторона кристаллов при этом должна иметь металлизацию, хорошо смачиваемую мягким припоем. Для этой цели используются пленки серебра, никеля и гальванически осажденный слой никель – олово (олово – висмут).

Следует отметить, что получение сплава Sn

–Bi с содержанием Bi от 1 до 1,5 % сопряжено с определенными трудностями, связанными с нестабильностью электролита, т. к. соли Bi входящие в состав электролита, подвергаются гидролизу. Результатом этого является разложение электролита, что требует частой его смены. Кроме того, соли Bi являются дефицитными, а металлический висмут токсичен.

Для улучшения смачивания припоем паяемых поверхностей полупроводникового кристалла и корпуса, повышения температурной и коррозионной стойкости паяных контактов рекомендуется наносить на коллекторную поверхность кристалла электролитическое покрытие Ni

–Sn (30 – 50 % Ni) из фторидхлоридного электролита с органической добавкой ОС-20. Введе-

ние во фторидхлоридный электролит органической добавки ОС-20 позволяет получать качественно другие покрытия из сплава Ni – Sn, не блестящие, а се- ребристо-белые. Добавка ОС-20 в состав покрытия Ni

–Sn играет роль поверхностно-активного вещества, а при температуре пайки выполняет в некоторой степени функцию флюса и тем самым способствует лучшему смачиванию и растеканию припоя.

Транзисторы обычно собираются в корпусах, герметизируемых пластмассой, или в металлостеклянных корпусах со штырьковыми выводами. Размеры кристаллов составляют 0,7 0,7 мм и более, которые, в основном, определяют и технологию сборки.

Для транзисторов малой и средней мощности наиболее широко используются конструкции корпусов типа КТ-26 и КТ-27, которые имеют узкую полосу плакировки золотом, захватывающую по ширине посадочное место под пайку кристаллов и часть траверс под приварку внутренних выводов. Посадка кристаллов в эти корпуса ведется обычно контактно-реактивной пайкой.

В настоящее время в целях экономии золота широко внедряется в производство изделий в корпусах КТ-26 и КТ-27 материал ФМФА и ему подобные с алюминиевой полосой плакировки вместо золота. Для контакт- но-реактивной пайки кремниевых кристаллов на полосу алюминиевой плакировки могут быть выбраны относительно низкотемпературные эвтектические соединения на основе алюминия – германия и алюми-

23

ния – цинка.

Перед сборкой кристаллы (в составе пластины) должны пройти операции нанесения на коллекторную сторону пластины материалов, участвующих в пайке: слоя алюминия с последующим вжиганием и слоя германия или цинка. Толщина наносимых материалов зависит от размеров присоединенных кристаллов и может быть рассчитана соответственно эвтектическому составу и уточнена эмпирически. Вполне удовлетворительные результаты получены, например, при толщине слоя германия около 3 мкм, нанесенного методом вакуумного напыления на подслой алюминия толщиной 1 мкм, напыленного на коллекторную сторону кремниевой пластины с размерами кристаллов 0,7 0,7 мм.

Пайка кремниевых кристаллов транзисторов с использованием эвтектики алюминий – германий и алюминий – цинк уже нашла применение в серийном производстве именно в корпусах типа КТ-26 и КТ-27. При этом внедрение способа сборки не потребовало значительного изменения технологического процесса сборки и замены используемого ранее оборудования.

Для сборки мощных транзисторов чаще всего используется корпус типа КТ-28, посадка кристаллов в который возможна на мягкий припой с применением флюса или без него в восстановительной среде. Пайка кристаллов с применением флюса используется в серийном производстве, однако предполагает последующее проведение

24