СПОСОБ СБОРКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
METHOD TO ASSEMBLE SOLID-STATE DEVICES

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий (ППИ) и может быть использовано при сборке полупроводниковых кристаллов в корпусы приборов методом пайки.
Существуют различные способы сборки полупроводниковых приборов методом пайки кристаллов в корпусы.
Известен способ [1] контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к основанию корпуса с образованием эвтектики соответствующей структуры (золото-кремний или золото-германий).
Основным недостатком данного способа является общий нагрев корпуса прибора и кристалла до температуры, превышающей температуру эвтектики (400-430°С), что приводит к повышению себестоимости ППИ.
В электронной промышленности при изготовлении ППИ широко применяется способ пайки эвтектическими сплавами [2], заключающийся в том, что сплавы в виде припоя размещают между кристаллом и корпусом. Для активации соединяемых поверхностей, состоящей в разрушении оксидных пленок, эвтектическую пайку выполняют с вибрационным или ультразвуковым воздействием на кристалл. При этом давление кристалла к корпусу осуществляется инструментом - вакуумной присоской.
Основным недостатком данного способа является общий нагрев корпуса и кристалла, использование специального оборудования для притирки кристалла к корпусу, что также повышает себестоимость изготовления ППИ.
Для групповой сборки ППИ разработан способ [3], заключающийся в том, что полупроводниковые кристаллы с припоем на паяемой стороне фиксируют в перевернутом положении в ячейках вакуумной присоски и совмещают с контактными площадками корпусов приборов, а нагрев до температуры пайки осуществляют на воздухе импульсом тока через V-образные электроды, при этом давление на каждый кристалл осуществляют массой корпуса прибора и кронштейна с электродами.
Основным недостатком данного способа является сложность конструкции V-образных электродов для групповой пайки кристаллов. Кроме того, при данном способе достаточно трудно обеспечить заданную температуру нагрева каждого кристалла, т.к. она зависит от геометрических размеров рабочей площадки каждого V-образного электрода, расположенного над «своим» кристаллом. Более того, воздействие ультразвуковых колебаний на кристаллы в процессе пайки является недостаточно эффективным способом защиты расплавленного припоя от образования оксидных пленок, особенно по периметру паяного шва.
Задачами заявляемого решения являются: снижение себестоимости производства ППИ; упрощение конструкции инструмента для пайки; обеспечение локального нагрева корпуса при пайке кристалла; осуществление защиты расплавленного припоя от образования оксидных пленок при пайке.
Технические результаты достигаются тем, что в способе сборки полупроводниковых приборов, предусматривающем пайку кристаллов к корпусам, для осуществления пайки используют инструмент, состоящий из двух электродов, разделенных изолятором. В изоляторе имеется трубка для соединения с вакуумной системой, а в боковой верхней части инструмента расположена втулка для подключения к компрессору для подачи защитного газа в зону пайки. В инструменте на высоте Н от рабочей площадки электродов расположены радиальные отверстия для выхода газа из зоны пайки:
Н=t+2…3(d/2),
где t - толщина кристалла,
d - диаметр радиальных отверстий в инструменте. Общая площадь сечений радиальных отверстий несколько меньше площади сечения внутреннего отверстия втулки, что обеспечивает избыточное давление защитного газа в зоне пайки кристалла. Присоединяемый кристалл захватывают инструментом - вакуумной присоской, и размещают над припоем, расположенным на контактной площадке корпуса. Отключают вакуумную систему, в результате кристалл под действием силы тяжести опускается на припой контактной площадки корпуса. Давление на кристалл осуществляют потоком защитного газа, подаваемого через втулку, а пайку кристаллов проводят импульсом тока, подаваемого между электродами.
На фиг.1 изображен инструмент для осуществления способа; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - положение инструмента в момент формирования паяного соединения кристалла с корпусом.
Инструмент состоит из электродов 1 и 2, разделенных пластиной изолятора 3. Электроды 1 и 2 имеют рабочие площадки 4, которые при пайке контактируют с припоем 5, при помощи которого кристалл 6 присоединяется к контактной площадке 7 корпуса 8 ППИ.
В изоляторе 3 имеется трубка 9 для соединения с вакуумной системой, а в боковой верхней части инструмента расположена втулка 10 для подключения к компрессору для подачи защитного газа в зону пайки, в нижней части инструмента на высоте Н расположены радиальные отверстия 11 для выхода защитного газа из зоны пайки.
Способ осуществляется следующим образом. Вначале инструмент с помощью трубки 9 соединяется в вакуумной системой. Присоединяемый кристалл 6 захватывается инструментом - вакуумной присоской, и размещается над припоем 5, расположенным на контактной площадке 7 корпуса 8 ППИ. При отключении вакуумной системы кристалл 6 под действием силы тяжести опускается на припой 5 контактной площадки 7 корпуса 8 ППИ, при этом радиальные отверстия 11 расположены на высоте Н от рабочей площадки 4 электродов 1 и 2 в соответствии с размерами
H=t+2…3(d/2),
где t - толщина кристалла, a d - диаметр радиальных отверстий в инструменте.
Общая площадь сечений радиальных отверстий 11 в инструменте несколько меньше площади сечения внутреннего отверстия втулки 10 трубопровода, что обеспечивает избыточное давление защитного газа в зоне пайки кристалла.
2
2
Защитный газ, подаваемый компрессором, выбирают в зависимости от состава припоя, например, для припоя ВПр6 (83-86Sn/7,5-8,5Ag/6-8Sb, вес.%) может применяться формир-газ (смесь газов Н и N в соотношении 15:85). Под действием избыточного давления защитного газа в трубопроводе происходит сначала удаление атмосферных загрязняющих газов, а затем и выдавливание защитного газа через радиальные отверстия в стенках электродов, таким образом обеспечивается необходимая защитная атмосфера в зоне пайки кристалла. Регулированием давления защитного газа в трубопроводе достигается необходимое усилие прижатия кристалла к корпусу.
Расположение радиальных отверстий на высоте Н от рабочей площадки электродов способствует выходу защитного газа из зоны пайки и необходимому давлению на кристалл.
Затем между электродами 1 и 2 подается импульсный электрический разряд от источника электрического напряжения. Под действием электрического поля происходит расплавление припоя и смачивание им паяемых поверхностей кристалла и контактной площадки корпуса. После отключения тока в результате кристаллизации припоя образуется качественное паяное соединение кристалла с основанием корпуса.
На основании вышеизложенного сделано заключение, что использование предлагаемого способа сборки полупроводниковых приборов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Снижается себестоимость производства ППИ.
2. Упрощается конструкция инструмента для пайки.
3. Обеспечивается локальный нагрев корпуса при пайке кристалла.
4. Осуществляется защита расплавленного припоя от образования оксидных пленок при пайке.
Источники информации
1. Автоматическая сборка ИС. Технологический процесс. Оборудование. Управление. Техническое зрение. Привод: Справ. пособ. / Е.Е.Онегин, В.А.Зенькович, Л.Г.Битно. - Мн.: Высш. шк., 1990. - С.38.
2. Минскер Ф.Е. Справочник сборщика микросхем. - М.: Высш. шк., 1992. - С.70.
3. Патент RU 2171520 С2, Н01L 21/52. Способ сборки полупроводниковых приборов. / Сегал Ю.Е. (RU), Зенин В.В. (RU), Фоменко Ю.Л. (RU), Колбенков А.А. (RU). Опубл. 27.07.2001. Бюл. №21. 4 с.