МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ С ПОМОЩЬЮ ЛЕНТ-НОСИТЕЛЕЙ И КРИСТАЛЛОДЕРЖАТЕЛЕЙ

Методы монтажа кристаллов

•Эксплуатационная надежность мощных транзисторов определяется их теплоэлектрическим состоянием, которое формируется на стадии присоединения кристалла к корпусу. Скрытые дефекты соединений (пустоты, микротрещины, сколы) приводят к образованию участков под кристаллом с аномально высоким тепловым сопротивлением. В процессе длительной эксплуатации в условиях экстремальных термоциклических воздействий изделия могут оказаться потенциально-ненадежными из-за развития микротрещин до активной структуры.

•Монтаж кристаллов на выводные рамки: пайкой эвтектическими сплавами или легкоплавкими припоями, приклеиванием на токопроводящую композицию должны обеспечить высокую прочность соединений при термоциклировании и механических нагрузках, низкое электрическое и тепловое сопротивление, минимальное механическое воздействие на кристалл и отсутствие загрязнений.

•Если кристаллы приборов имеют значительную мощность рассеяния (более 0,5 Вт), то между подложкой кристалла и выводной рамки необходимо создать токопроводящий электрический контакт с незначительным электрическим и тепловым сопротивлением, что достигается использованием методов пайки.

Основные требования к монтажу кристаллов MOSFET

1.Мощные металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) в силу уникальных характеристик по сравнению с биполярными транзисторами, а именно: наносекундной скорости переключения, высоких рабочих напряжений и температур, больших токов, значительной мощности получают все более широкое применение в силовой электронике. Современный этап производства MOSFET характеризуется непрерывным повышением требований к качеству и надежности. Надежность во многом зависит от того, на сколько управляем технологический процесс, что в свою очередь связано с воспроизводимостью отдельных технологических операций в непрерывном процессе производства.

2.Важнейшую роль в формировании качества MOSFET на стадии сборки играет операция монтажа кристаллов в корпус. Наличие высоких температур в процессе монтажа кристаллов, значительное различие в ТКЛР используемых материалов, обуславливает возникновение термических напряжений в кристалле, как в процессе сборки, так и в процессе эксплуатации, особенно, при термоциклических воздействиях.

Конструктивно-технологические особенности MOSFET

Обычный MOSFET представляет планарную структуру с длинным каналом, которую получали фотолитографическими методами, ограничивающими минимальную длину канала, по крайней мере до 5 мкм. Ему на смену пришел вертикальный MOSFET -транзистор с коротким каналом, малыми размеры, а значит, и низкими паразитными емкостями.

1- планарный ДМОП – транзистор

2-вертикальный VМОП–транзистор с металлическим затвором

Корпуса для MOSFET

•1 – корпус SОТ-23 (для кристаллов площадью до 1,0 мм2 и рассеиваемой мощностью до 500 мВт)

•2 – корпус SОТ-89 (площадь 3,0 мм2 и мощность до 1 Вт)

•3 – корпус ТО-220 (выводной) для мощности более 10 Вт

Требования к корпусам по ГОСТ 20.39.405-84

1.Выдерживать 3-х кратное воздействие групповой пайки

илужение выводов горячим способом без применения теплоотвода при температуре не выше 265 °С и времени не более 4 с.

2.Выводы должны иметь гарантированную паяемость с

использованием спирто–канифольных не активированных и слабоактивированных флюсов (не более 25% канифоли) без дополнительной подготовки в течение 12 месяцев с момента изготовления.

3.Выдерживать 3-х кратный нагрев при термотренировке: температура не выше 150 °С, длительность однократного воздействия не более 10 мин.

Материалы лент- носителей

• Для обеспечения максимальной мощности в качестве материала выводной рамки используют железо–никелевый сплав 42Н и медный сплав БрХСр, толщиной кристаллодержателя 0,1 мм, на поверхности которой наносят полосу серебра шириной 9мм и толщиной 5мкм.

•Так как сплав БрХСр обладает высоким уровнем ТКЛР (18-10-6 1/°С, что в 6 раза выше Si ),то в процессе выполнения пайки в кремниевом кристалле возникают механические напряжения и деформации. Для снижения внутренних напряжений необходимо правильно выбрать припой, оптимизировать технологические режимы монтажа, позволяющие уменьшить градиент температур, действующих на кристалл.

•На непланарную поверхность кристаллов наносят систему металлизации:

•Ti-Au, V-Au толщиной 1,0–1,75 мкм –для монтажа на эвтектику;

•Ti-NiV-Ag-Sn-Pb-Sn толщиной 5,0–12,0 мкм – для монтажа кристаллов на припой.

Способы монтажа кристаллов

•Выбор способа монтажа кристалла в корпус прибора зависит от конструктивных особенностей кристалла, электрических и тепловых характеристик его и корпуса.

•Он должен обеспечивать высокую прочность соединения при термоциклировании и механических нагрузках, низкое электрическое и тепловое сопротивление, минимальные механические воздействия на кристалл и отсутствие загрязнений.

•Монтаж кристаллов мощных MOSFET выполняют методами пайки: контактно-реактивной, эвтектическими сплавами,

легкоплавкими припоями , а также с помощью теплопроводящих клеев.

Контактно-реактивная пайка кристаллов

При контактно-реактивной пайке между соединяемыми металлами в результате контактного плавления образуется эвтектический сплав, заполняющий зазор и кристаллизующийся с образованием паяного соединения. Скорость контактного плавления полупроводника и золота зависит от температуры и прикладываемого усилия. Изменяя температуру, управляют контактным плавлением: останавливают процесс пайки в нужный момент или возобновляют его.

: Эвтектические припой Au—Si и Au—Ge, имеющие температуру плавления соответственно 370 и 356°С, получили наибольшее распространение при монтаже кристаллов в корпуса или на держатели.

После перехода всего золотого покрытия в зоне контакта в жидкую фазу процесс плавления прекращается. В установках контактно-реактивной пайки столик, на котором подогреваются корпуса, нагревают до температуры (410±10)°С. Оптимальное усилие, прикладываемое к инструменту, составляет 0,5–0,7 Н.

Для активации соединяемых поверхностей, заключающейся в разрушении оксидных пленок, контактно-реактивную пайку выполняют с вибрационным воздействием (амплитудой 0,5–0,8 мм) на кристалл.