книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

Окончательно приборы герметизируют пайкой с флюсом на воз­ духе или пайкой в конвейерной печи в атмосфере водорода. В каче­ стве припоя для герметичного соединения коваровых втулок с дер­ жателями используют припой ПОС-61 или сплав свинец — олово — висмут в виде штампованных колец припоя 5. Герметизация прибо­ ров пайкой с флюсом является недостатком этой конструкции, однако переход на пайку в конвейерной печи в атмосфере инерт­ ного газа позволяет исключить флюс и значительно повысить произ­ водительность труда на операциях сборки и герметизации.

В настоящее время достаточно распространенными в серийном производстве полупроводниковых приборов являются корпуса Б-2 (рис. 99, б). Корпус состоит из баллона, двух разрезных стаканов, служащих для припайки кристалла, контактной пружины и двух колпачков с проволочными или ленточными выводами. Баллон изго­ товлен на основе металлостеклянного спая трубки / из стекла С49-2 и двух трубок 6 из сплава 29НК (ковара). Функции держате­ лей в этой конструкции выполняют разрезные стаканы 9 из листо­ вого никеля, получаемые методом глубокой вытяжки. При сборке приборов никелевые стаканы 9 с напаянным на один из них кри­ сталлом и приваренной к другому выводу контактной пружиной вставляют в коваровые трубки 6 и приваривают. Окончательно гер­ метизируют приборы припайкой низкотемпературным припоем ПОС-61 никелевых колпачков 7, насаженных на коваровые трубки баллона. Для монтажа приборов в аппаратуре к колпачкам прива­ ривают проволочные или ленточные выводы 8. Из-за четырех тон­ костенных сопрягаемых токоведущих элементов (стакана 9, трубки 6, колпачка 7 и вывода 8) корпуса Б-2 имеют высокое теп­ ловое сопротивление. Другим недостатком являются значительные габариты корпусов Б-2 по сравнению, например, с корпусами Б-1.

Основные данные корпусов Б-1 и Б-2 приведены в табл. 28. Эти корпуса получили широкое распространение в серийном про­ изводстве приборов Д311, Д312, Д220Б, Д18, Д20, Д-104-106, Д223, Д310, Д2, Д101, Д10, Д І Ї , Д12, Д13, Д14 и др.

Металлические с проходным изолятором. Повышение мощности полупроводниковых приборов общего назначения требует улучше­ ния тепловых характеристик конструкций корпусов. Для гермети­ зации приборов с мощностью рассеивания свыше 1 вт используют металлические корпуса с проходным изолятором, которые позволяют

•отводить от р — «-перехода тепловой поток 25 вт. Эти корпуса ши­ роко используют при изготовлении выпрямительных диодов, стаби­ литронов и варикапов различной мощности. Отличительной особен­ ностью корпусов этого типа является наличие у них массивного кристаллодержателя, на котором крепят полупроводниковый кри­ сталл с р — «-переходом.

На рис. 100, а показан корпус В-1 со стеклянным проходным изолятором, предназначенный для герметизации маломощных

выпрямительных диодов. Корпус состоит из кристаллодержателя 1, изготовленного холодной штамповкой из малоуглеродистой стали или сплава 29НК- В центре кристаллодержатель имеет углубление для напайки кристалла 2 с р — «-переходом. По периферии кри­ сталлодержатель имеет кольцевой рельеф, который обеспечивает получение надежного соединения с баллоном при герметизации контактной электросваркой. К внешней части кристаллодержателя для монтажа прибора в аппаратуре приваривают вывод 7 из ни­ келя.

Баллон 3 изготовляют холодной штамповкой из ленты сплава 29НК или 47НД. Ленту выбирают толщиной 0,4 мм и штамповку проводят за несколько переходов на эксцентриковых прессах.

Вместо согласующегося с коваром по КТР стекла С49-2 стеклоизо-

ЭИ693. Если применяют стекло 16-І 11, изолятор получают из цель­ нотянутой трубки, разрезая ее на заготовки. При использовании стекол С49-2 и С72-4 берут изолятор в виде стеклотаблетки.

После контактной электросварки баллона с держателем прово­ дят окончательную герметизацию прибора обжимом и проваркой верхнего конца трубки с пропущенным через нее выводом от кри­ сталла 2. К обжатой части трубки 5 приваривают коваровый вы­ вод 6 для той же цели, что и вывод 7.

Корпус В-2, показанный на рис. 100, б, наиболее часто исполь­ зуют для герметизации прецезионных стабилитронов Д818, 2С156, 2С168, КС 196. Особенностью его является кристаллодержатель / из бескислородной меди, изготовляемый токарным способом или мето- 'дом объемной штамповки. При токарном способе изготовления к держателю припоем ПСР-72 припаивают медный вывод 7. Кри­ сталлодержатель имеет выступ для напайки полупроводникового кристалла 2 с р — л-переходом и разгрузочную кольцевую канавку для устранения деформации кристалла при окончательной герме­ тизации.

Баллон изготовляют из материалов и по технологии, аналогич­ ным описанным для корпусов В-1. Баллон 3, стеклоизолятор 4 и трубка 5 образуют герметичное металлостеклянное соединение. Герметизируют готовый прибор методом холодной сварки, основан­ ным на соединении пластичных материалов за счет молекулярного

сти соединяемых узлов предварительно покрывают слоем никеля толщиной до 20 мкм. Обладая значительно большей твердостью, чем соединяемые материалы, никель при давлении лопается и вы­ ходит из зоны сварки, оставляя неокисленные поверхности основ­ ных материалов.

Обжим трубки и приварку верхнего вывода 6 выполняют так же, как в корпусах В-1. Медный кристаллодержатель обеспечивает хороший отвод тепла от полупроводникового кристалла с р — «-пе­ реходом.

Корпуса В-1 и В-2 рассчитаны на подвесной монтаж диодов в аппаратуре (на гибких выводах). При таком методе монтажа от­

лаждения. Для приборов с рабочей мощностью свыше 2 вт приме­ няют корпуса с винтом В-3 и шестигранником В-4 для монтажа их на специальных теплоотводящих платах и радиаторах (рис. 101).

Корпус В-3 предназначен для герметизации мощных стабилитро­ нов, а корпус В-4 — для мощных выпрямительных диодов. Корпуса

этой конструкции состоят из медного кристаллодержателя 1 в виде шестигранника с винтом и изготовляются штамповкой на эксцент­ риковых прессах с усилием 25—40 Т с пооперационным отжигомполуфабрикатов в муфельных печах для перекристаллизации и пере­ вода меди в пластичное состояние после деформации. Резьбу изго­ товляют на токарном станке или накаткой с помощью резьбонакатного устройства. На кристаллодержателе помещается кристалл 2

а)

Рис. 101. Металлические корпуса В-3 и В-4 с проход­ ными изоляторами и винтами для герметизации:

а — м о щ н ы х с т а б и л и т р о н о в , б — м о щ н ы х в ы п р я м и т е л ь н ы х д и о д о в ; / — к р и с т а л л о д е р ж а т е л ь , 2 — п о л у п р о в о д н и к о в ы й к р и ­ с т а л л , 3 — б а л л о н , 4 — с т е к л о н з о л я т о р . 5 — ш т е н г е л ь , 6 — от­

ве р с т и е

ср — «-переходом. Баллоны корпусов В-3 и В-4 не отличаются поконструкции и материалам от баллонов корпусов В-1 и В-2, причембаллон корпуса В-4 больше по габаритам и имеет дополнительнуюперетяжку для уменьшения диаметра стеклоизолятора и защиты спая от деформации при окончательной герметизации. Оконча­ тельно герметизируют приборы холодной сваркой. После гермети­ зации обжимают и проваривают штенгель 5, просекают монтажное отверстие 6 и облуживают поверхность полученного соединения.

Технологический процесс изготовления баллонов рассмотренных корпусов является базовым и может изменяться в зависимости от сочетания применяемых материалов. При использовании стекла 16-І 11 баллоны изготовляют на многопозиционном полуавтомате

огневой заварки с формовкой стеклоизолятора в процессе изготов­ ления спая. Для снятия напряжений баллоны отжигают. При огне­ вой заварке баллона операция предварительного окисления метал­ лических детален является обязательной. При использовании стек­ ла С48-2, С49-2, С72-4 баллоны изготовляют в конвейерной печи в атмосфере азота в специальных графитовых кассетах. Окончатель­ но герметизируют приборы электроконтактной сваркой.

Металлокерамнческие спаи деталей получают в конвейерных пе­ чах с температурой в зоне пайки 780° С. Металлические детали для

§ 70. КОРПУСА ДЛЯ ДИОДОВ евч

Конструкции корпусов диодов СВЧ достаточно специфичны и разнообразны. Это объясняется применением этих приборов в СВЧ волноводных схемах, которые требуют специального монтажа.

Корпус Г-1, показанный на рис. 102, предназначен для гермети­ зации маломощных параметрических диодов СВЧ с точечным кон­ тактом и выполнен на основе металлокерамического спая. Керами­

(иглой) 6 для образования омического контакта. Окончательно гер­ метизируют прибор пайкой низкотемпературными припоями.

Держатели 3 и 7, изготовленные из сплава 29НК, также герме­ тизируют в корпусе пайкой низкотемпературным припоем 4 в за­ щитной атмосфере или на воздухе (в этом случае необходимо ис­ пользовать флюс). Металлические детали для обеспечения пайки имеют специальное покрытие (чаще никелевое).

На рис. 103 приведен металлокерамический корпус Г-2 патрон­ ного типа, основными узлами которого являются металлическая

Рис103. Металлокерамический корпус Г-2 патронного типа для герметизации диодов СВЧ:

/ — м е т а л л и ч е с к а я в т у л к а , 2 — к р и с т а л л о д е р ж а т е л ь , 3 — к е р а м и ч е ­ с к а я в т у л к а . 4 — п о л у п р о в о д н и к о в ы й к р и с т а л л , 5 — и г л а , 6 — и г л о ­ д е р ж а т е л ь , 7 — с м о л а

втулка 1, кристаллодержатель 2, керамическая втулка с резьбой 3 из керамики марки СНЦ или циркониевого стеатита, соединяющая­ ся с резьбовой втулкой / и иглодержателем 6. В качестве гермети­ зирующего вещества используют компаунды на основе эпоксидных смол с различными отвердителями. Втулку /, иглодержатель 6 и кристаллодержатель 2 изготовляют из латуни. В иглодержатель предварительно впаивают вольфрамовую проволоку (иглу) 5 диа­ метром от 0,1 до 0,15 мм припоем ПСР-2,5 или ПСР-3, после чего формуют и заостряют иглу в электролитической ванне. Кристалл 4 напаивают на кристаллодержатель 2. Окончательно настраивают приборы в корпусе ввинчиванием кристаллодержателя 2 во втул­ ку 1 при закреплении корпуса в волноводной камере. После наст-, ройки кристаллодержатель 2 закрепляют компаундом на основе эпоксидных смол 7, который полимеризуется при выдержке при­ боров в термостате при температуре 120° С в течение 48 ч. Для создания хорошей коммутации приборов в волноводе металличе­ ские детали корпуса покрывают серебром.

На рис. 104 показан унифицированный металлокерамический корпус Г-3, отличительной чертой которого является многоцелевое назначение и широкая унификация деталей. Корпус предназначен для параметрических, смесительных, переключательных, ограничи­ тельных, умножительных диодов СВЧ. Корпус состоит из кристал­ лодержателя 1, термокомпенсиругощей прокладки 2, керамической втулки 3, кольца 4, образующих при пайке припоем ПСР-72 герме­ тичный механически прочный баллон. Баллон имеет золотое покры-

Крышку изготовляют из сплава 29НК или никеля для герметизации прибора электросваркой.

На рис. 105 показан корпус Г-4 для герметизации переключа­ тельного диода СВЧ с рабочей мощностью рассеивания 12—15 вт. Кристаллодержатель / изготов­

контакта кристалла 6 с золоченой никелевой плющенкой 5 осуще­ ствляется термокомпрессией. Плющенку 5 приваривают к кольцу 3 баллона электроконтактной сваркой. Для напайки кристалла и хи­ мического травления структуры в корпусе металлические детали

баллона имеют золотое гальваническое покрытие. Окончательно герметизируют прибор электроконтактной сваркой корпуса с золо­ ченой никелевой крышкой 4, изготовленной холодной штамповкой.

Кроме рассмотренных корпусов дискретных СВЧ диодов в' по­ следнее время получают распространение корпуса, состоящие из

Блок состоит из трех последовательно соединенных отдельных кор­ пусов, содержащих кристаллы с р — «.-переходами и контактами. Корпус каждого отдельного прибора состоит из крышки 1, кольца 2 из сплава 29НК, керамической втулки 3 из керамической массы М7 или 22ХС и кристаллодержателя 4 из сплава 29НК или никеля, герметично соединенных припоем 5 (ПСР-72). Кристалл 6 напаива­ ют на кристаллодержатель 4 баллона припоем с температурой пла­ вления 350—400° С через термокомпенсирующую прокладку 7 из молибдена или вольфрама. Верхний контакт прибора представляет собой никелевую золоченую плющенку 9, присоединенную к кри­ сталлу термокомпрессией, а к кольцу 2 баллона — электросваркой. Окончательно герметизируют прибор пайкой припоем с температу­ рой плавления 250—300° С. После окончательной герметизации приборы собирают в блок с держателями 5 из латуни пайкой низ­ котемпературным припоем 10.

Основные данные корпусов для герметизации диодов СВЧ при­ ведены в табл. 30.

Т а б л и ц а 30

Основные данные корпусов диодов СВЧ

§ 71. КОРПУСА ДЛЯ ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДОВ

Особую группу приборов составляют туннельные диоды, кото­ рые по конструкции значительно отличаются от других типов полу­ проводниковых приборов.

На рис. 107, а показан корпус Д-1 для герметизации туннельных диодов, который состоит из кристаллодержателя 1, верхнего флан­ ца 4 и керамической втулки 8, образующих герметичное металло-

Рис. 107. Металлокерамические корпуса для гермети­

нец 4 имеют гибкие выводы для подвесного монтажа в электронной аппаратуре. В качестве керамического материала используют сте­ атитовую керамику СК-1, металлизированную молибдено-железной пастой. В качестве припоя для соединения керамических деталей с

массы с металлизацией молибдено-марганцевой пастой. Кристалло­ держатель / и верхний фланец 4 изготовляют из сплава 29НК для получения спая, согласованного по КТР с керамической втулкой. На кристаллодержатель / напаивают кристалл 6, используя термо­ компенсатор 7 или без него. Верхний контакт от кристалла осуще-

ствляется никелевой золоченой плющенкой 5. Окончательно герме­ тизируют приборы электроконтактной сваркой крышки 3 из никеля или ковара с верхним фланцем 4 корпуса. Крышку изготовляют штамповкой с рельефом под электросварку. Для уменьшения опас­ ности попадания выплесков металла при электросварке в прибор между крышкой и верхним выводом помещают прокладку 2 из по­ ролона.

На рис. 107,6 показан корпус Д-2, отличительной чертой конст­ рукции которого является отсутствие гибких внешних выводов. Кор­

Значительную часть корпусов полупроводниковых приборов как по объему производства, так и по количеству типономиналов со­ ставляют корпуса для транзисторов и тиристоров.

Кристалл с р — «.-переходами монтируют на внутренней части ножки, которую помещают в баллон и герметично соединяют электроконтактной или холодной сваркой и пайкой. Электрокон­ тактная сварка в последнее время занимает преобладающее место при окончательной герметизации полупроводниковых приборов, что объясняется, во-первых, высокой производительностью процесса, во-вторых, возможностью получения конструкций меньших габари­ тов при одинаковом с холодносварным вариантом внутренним объ­ емом и, в-третьих, отсутствием значительных деформаций элемен­ тов корпуса при герметизации.

Ножка состоит из фланца (основания), одного или нескольких изоляторов и выводов. Баллон служит, как правило, только, для окончательной герметизации приборов и представляет собой метал­ лическую деталь в виде чашечки с буртиком. Для мощных транзи­ сторов используют корпуса с выводами вверх, аналогичные корпу­ сам мощных диодов. В этом случае металлостеклянный или металлокерамический спай переходит в баллон, и ножка превращается в обычный кристаллодержатель.

На рис. 108, а показан металлостеклянный корпус Е-1 для гер­ метизации маломощного малогабаритного транзистора (50—