СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, ЗАГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ В ПЛАСТМАССУ
METHOD FOR STABILISATION OF ELECTRIC PARAMETERS OF SEMICONDUCTOR DEVICES SEALED IN PLASTIC

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для изготовления полупроводниковых приборов, загерметизированных в пластмассу.
Известно много способов стабилизации электрических параметров приборов, загерметизированных в пластмассу. Однако почти все эти способы так или иначе направлены на защиту кристалла, герметизируемого в пластмассу. Это пассивация кристалла диэлектрическими пленками разной толщины и состава или же защита кристалла перед герметизацией тонкими полимерными покрытиями («Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем», А.И.Курносов, В.В.Юдин, Москва, 1986 г.).
Известны также способы, влияющие на все элементы конструкции прибора, как на кристалл, так и на тело пластмассового корпуса. Это термостарение, сушка, термоэлектротренировка, термоциклирование и т.д. (ОСТ В 110219-85 «Приборы полупроводниковые. Методы технологических (отбраковочных) испытаний»).
-9
-10
Однако все эти способы не оказывают никакого влияния на одну из важнейших характеристик пластмассового корпуса - наличие загрязняющих пластмассу ионизированных примесей («Review of Quality and Reliability Handbook», page 68, NEC Electronics Corporation 2005, 2006 Printed in Japan). Количество таких примесей очень невелико (10÷10%), однако этого вполне достаточно для влияния на поверхностные явления в кристалле (создание инверсионных или обедненных областей). Эти примеси, дрейфуя и перераспределяясь тем или иным способом в процессе наработки, приводят к неконтролируемому изменению инверсионных и обедненных областей на кристалле и, как следствие, к дрейфу электрических параметров (например, токов утечки и коэффициента передачи тока для биполярных транзисторов или напряжения на затворе и крутизны для полевых транзисторов).
Существует способ чистки от загрязняющих вредных химических примесей объема изделий из полимеризованной пластмассы (Заявка на изобретение РФ №94030473 от 17.06.94 г. МПК C08J 7/06, C08L 9/06 «Способ очистки эластомерного изделия от остаточных примесей и эластомерное изделие, очищенное данным способом»), авторы которого - Мишель Де Кроста (SU), Индрэдэд Джегненден (SU).
Суть способа заключается в том, что изделие из пластмассы, которое нужно очистить, помещают в камеру, через которую при определенной температуре под давлением пропускают газообразный или жидкий реагент, который, проникая внутрь объема пластмассы, химически чистит ее от вредных примесей. В данном патенте используется то обстоятельство, что любая пластмасса имеет микропоры, в которые и закачивается чистящий реагент (по терминологии авторов - экстрагирующее вещество).
В качестве экстрагирующих (растворяющих) веществ применяются элементарные газы или сложные органические соединения в виде жидкостей.
+
+
+
Недостаток способа заключается в том, что очистка имеет химическую природу взаимодействия с остаточными вредными веществами в пластмассе. Поэтому такой способ непригоден для удаления загрязняющих одиночных ионизированных частиц, как, например, наиболее распространенных атомов калия, кальция и натрия (K, Na, Ca) и, следовательно, этот способ непригоден для стабилизации электрических параметров полупроводниковых приборов.
Наиболее близким к заявляемому является типовой маршрут изготовления полупроводниковых приборов в пластмассовом корпусе (например, для транзистора 2Т3202А9 это маршрут 7610849 10200.00185), который включает операции посадки полупроводникового кристалла с изготовленной структурой на рамку, разварки проволочных выводов с кристалла на внешние вывода прибора, нанесения защитного покрытия на кристалл, герметизации кристалла в пластмассовый корпус, вырубки готового транзистора из рамки, а также проведение операций старения, термоциклирования, электротермотренировки и измерения электрических параметров.
Недостатком такого маршрута изготовления полупроводниковых приборов в пластмассовом корпусе является отсутствие операции по нейтрализации или удалению загрязняющих пластмассу ионизированных примесей.
Технической задачей предлагаемого изобретения является стабилизация электрических параметров полупроводниковых приборов, загерметизированных в пластмассу за счет нейтрализации или удаления частиц ионизированных примесей, создающих мигрирующий электрический заряд.
Эта техническая задача решается за счет того, что способ стабилизации электрических параметров полупроводниковых приборов, загерметизированных в пластмассу, содержащий посадку полупроводникового кристалла с изготовленной структурой на выводную рамку, разварку проволочных выводов с кристалла на внешние вывода прибора, нанесение защитного покрытия на кристалл, герметизацию кристалла в пластмассовый корпус, вырубку готового полупроводникового прибора из рамки, а также проведение операций старения, термоциклирования, электротермотренировки и измерения электрических параметров, причем после вырубки из рамки готовые полупроводниковые приборы обрабатываются экстрагирующим веществом, содержащим в своем составе частицы с электрическим зарядом, противоположным тому, который имеют ионизированные частицы загрязняющих пластмассовый корпус примесей.
+
+
+
Например, если ионизированными примесями, создающими мигрирующий электрический заряд, являются положительно заряженные ионы калия, кальция и натрия (K, NA, Ca), то экстрагирующее вещество должно иметь в своем составе частицы с отрицательным зарядом.
Технология нейтрализации эффекта миграции ионизированных примесей, создающих электрический заряд, может состоять из одного или двух этапов.
Если экстрагирующее вещество удаляется из пластмассы, то процесс состоит из двух этапов:
- 1-й этап - это насыщение микропор пластмассового корпуса экстрагирующим веществом, мельчайшие частицы которого имеют электрический заряд, противоположный тому, который имеют ионизированные частицы загрязняющих примесей. Делать это нужно, комбинируя всевозможные методы, увеличивающие коэффициент полезного действия конкретного процесса, а именно нагрев, давление и время выдержки.
- 2-й этап - это удаление из микропор пластмассового корпуса экстрагирующего вещества вместе с захваченными ионизированными частицами загрязняющих примесей. Делать это нужно опять же, комбинируя всевозможные методы, увеличивающие коэффициент полезного действия конкретного процесса, а именно нагрев, давление и время выдержки.
Если экстрагирующее вещество просто связывает ионизированные частицы загрязняющих примесей, образуя при этом нейтральные окислы, то процесс состоит из одного этапа:
- насыщение микропор пластмассового корпуса экстрагирующим веществом, мельчайшие частицы которого имеют электрический заряд противоположный тому, который имеют ионизированные частицы загрязняющих примесей с одновременным нагревом для образования нейтральных окислов.
Примеры стабилизации коэффициента передачи тока (h21э) биполярного кремниевого планарно-эпитаксиального СВЧ транзистора КТ3202А9.
Транзистор КТ3202А9 собирается в малогабаритный пластмассовый корпус размером 3,0×1,0×1,3 мм с четырьмя или тремя выводами (См. фотографию).
При испытании на безотказность при температуре +125°С уровень h21э транзистора КТ3202А9 падает в три и более раз, что недопустимо по условиям ТУ.
Согласно предлагаемому изобретению была осуществлена стабилизация коэффициента передачи тока h21э транзистора.
Пример 1. Экстрагирующее вещество - ионизированный кислород (озон).
Обработка транзисторов 2Т3202А9 производится в один этап:
- Насыщение пластмассового корпуса молекулами озона в озонаторе при температуре +100°С, в течение 10 часов.
После обработки приборов при испытании на безотказность при температуре +125°С уровень h21э уменьшается не в три и более раз, а всего на 10÷20%.
Пример 2. Экстрагирующее вещество - пары деионизованной воды.
2
Как известно, молекула HO представляет собой электрический диполь, один конец которого заряжен положительно, а другой конец отрицательно. Таким образом молекула воды может адсорбировать ионы примесей как с положительным, так и с отрицательным зарядом. При этом вода должна быть деионизованной т.к. в противном случае она сама будет источником загрязнений.
Обработка транзисторов 2Т3202А9 производится в два этапа:
- Насыщение пластмассового корпуса молекулами деионизованной воды в камере влаги при влажности 95%, температуре +50°С, в течение 96 часов.
2
- удаление молекул деионизованной HO с захваченными примесями путем нагрева в термостате при температуре +250°С в течение 4-х часов.
После обработки приборов при испытании на безотказность при +125°С значение h21э сохраняется на прежнем уровне и даже увеличивается на 5÷10%.
Одновременно увеличивается на 10-15% уровень Uкэо и уменьшается уровень Iкэо, что говорит о стабилизации поверхностных состояний рабочей структуры кристалла и приводит к уменьшению дрейфа этих параметров во время эксплуатации прибора.
Таким образом, применение согласно предлагаемому изобретению обработки экстрагирующим веществом, содержащем в своем составе частицы с электрическим зарядом противоположным тому, который имеют ионизированные частицы примесей, загрязняющих пластмассовый корпус, полупроводниковых приборов, загерметизированных в пластмассу, позволяет исключить дрейф электрических параметров, связанный с электрическим зарядом, который имеют ионизированные частицы загрязняющих пластмассовый корпус примесей, что приводит к стабилизации электрических параметров полупроводниковых приборов, загерметизированных в пластмассу.