Файл: Минскер Ф.Е. Сборка полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.07.2024

Просмотров: 130

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
I — держатель, 2 — втулки кассеты, 3 — грузы, 4 — токоотвод, 5 — кассета, 6 — кристалл кремния, 7 — припопные шай­ бы
Рис. 48. Присоединение вывода к кристаллу методом пайки в кон­ вейерной печи:

поверхности кристалла, трещины в кристалле, закорачивание р-я-перехода.

Некоторой разновидностью этого процесса является припайка верхнего вывода к золоченым вольфрамовым дискам, являющим­ ся термокомпенсаторами, сплавленными с кремниевым кристал­ лом в вакуумной установке.

Присоединение токоведущего вывода к полупроводниковым структурам, кроме пайки в печах, достаточно часто выполняют пай­ кой с помощью разогрева места контакта электрическим током. Такой метод особенно широко рас- • пространен при изготовлении туннельных диодов, когда одно­ временно с присоединением выво­ да образуется р-я-переход.

На рис. 49 показана схема присоединения внешнего вывода к германиевому кристаллу. К кристаллу германия подводят се­ ребряный вывод, на конце кото­ рого находится шарик сплава Sn + 4% As. Шарик прижимают к кристаллу с определенным усили­ ем, затем пропускают электриче­

ский ток (электродами

служит,

с одной стороны, сам вывод, с

другой стороны, — держатель, на который

предварительно на­

паян кристалл германия). В результате

прохождения

тока в

месте контакта шарика с кристаллом выделяется тепло, и вывод вплавляется в структуру. В настоящее время такой процесс авто­ матизирован, созданы промышленные установки.

Рис. 49. Присоединение внешних выводов методом пайки:

а — с помощью разогрева места

контакта электрическим током, б — с общим

разогревом корпуса; і — корпус,

2 — кристалл, 3 — внешний вывод, 4 — нагре­

вательная спираль

Контрольные вопросы

1.В чем состоит назначение выводов?

2.Какие существуют наиболее распространенные способы присоедине­ ния выводов к полупроводниковым приборам?

72

3.Назовите основные параметры процесса ультразвуковой сварки.

4.Как происходит процесс комбинированного способа сварки (ультра­ звук с нагревом)?

5.Назовите основные параметры контактной точечной сварки.

6.В чем состоит физическая сущность процесса термокомпрессин?

7.Назовите основные параметры процесса термокомпрессии.

8.Расскажите о технологии процесса термокомпрессии (одного из спо­

собов).

9.Какие применяют установки для проведения процесса термоком­

прессин?

10.Расскажите о методах контроля термокомпрессионных соединений.

11.Как протекает технологический процесс пайки выводов в водородной конвейерной печи?

12.В чем заключается процесс пайки вывода методом разогрева места кон­ такта электрическим током?

Глава V

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫХ ПЕРЕХОДОВ

§ 17. Методы защиты переходов

Взаимодействие полупроводниковых приборов с окружающей средой является основной причиной ухудшения их параметров.

Поверхность электронно-дырочных переходов интенсивно взаимодействует с окружающей средой, адсорбируя кислород, воду и другие вещества. Это приводит к тому, что электрические свойства поверхности полупроводниковых структур (поверхност­ ная проводимость, скорость поверхностной рекомбинации) резко

изменяются

в зависимости от состава окружающей атмосферы;

1,4

 

 

 

т

вместе с тем

могут изменяться и

 

 

 

основные электрические парамет­

 

 

 

 

1,2

 

 

 

ры полупроводниковых приборов:

 

 

 

 

1

коэффициент

усиления

по

току,

I 1.0

 

 

 

пробивное напряжение и др.

 

 

 

 

1

 

I 0,8

 

 

 

і

Сопротивление р-/г-перехода

 

 

 

при обратном смещении состав­

0,6

 

 

 

1

ляет не менее ІО6 ом и поэтому

 

 

 

даже незначительное количество

0,4

 

 

 

L

примесей,

хотя

и обладающих

0,2

 

 

 

J

высоким

 

сопротивлением,

но

 

 

 

Z J

меньшим, чем ІО6 ом, будет шун­

 

 

___ —

'

тировать р-п-переход и вызывать

0

10

20

30

40 50 60

ток утечки.

На рис. 50 показано

влияние

влажности окружающей

Относительная Влажность, %

среды на ток насыщения герма­

Рис. 50.

Влияние

влажности па

ниевого

р-н-перехода^.

Из

рас­

ток насыщения германиевого

смотрения

этой

кривой видно,

 

р-н-перехода

 

 

 

 

 

 

что резкое

увеличение

тока

на­

сыщения 'наступает при относительной влажности 45—50%’. Следовательно, защита поверхности полупроводников, особенно в области электронно-дырочных переходов, от влияния влаги и других загрязнений представляется совершенно необходимой и очень важной операцией.

Чтобы предохранить поверхность полупроводниковых струк­ тур от воздействия окружающей среды, их покрывают защитны­ ми пленками.

Из всех существующих способов защиты поверхности полу­ проводниковых структур можно выделить следующие:

защита органическими веществами: лаками, эмалями, ком­ паундами, кремнийорганическими вазелинами, силанированием и титанированием;

защита неорганическими веществами: двуокисью кремния, стеклами специальных составов, пленками нитрида кремния.

74

Защитные покрытия должны обладать определенными свой­ ствами с тем, чтобы, обеспечить нормальную работу полупровод­ никовых приборов и интегральных схем в течение срока службы.

Основные требования, предъявляемые к защитным покрыти­ ям, сводятся к следующему:

покрытия должны обладать высокими изоляционными свой­ ствами: удельное сопротивление в рабочем интервале темпера­ тур должно быть не менее ІО10—ІО11 ом-см, электрическая проч­ ность покрытия должна быть больше напряженности поля, воз­ никающего при электрическом пробое;

покрытие не должно вызывать дополнительных механических напряжений вследствие разности коэффициентов линейного рас­ ширения и усадки при сушке и полимеризации;

покрытие должно быть устойчивым во внешней среде, иметь высокую гидрофобиость и плотность, гарантирующие от проник­ новения воды и других веществ к поверхности /?-/і-перехода;

покрытие должно иметь хорошую адгезию к поверхности по­ лупроводникового материала и электродным металлам и спла­ вам;

покрытия для оптоэлектронных устройств должны обладать еще такими оптическими свойствами, как прозрачность в видимой области спектра и др., которые не должны ухудшаться под воз­ действием различных климатических факторов;

комплекс операций по нанесению защитного покрытия не должен влиять на изменение электрических характеристик при­ бора и ухудшать его надежность.

Выбор метода защиты структур зависит от конструкции и тех­ нологии изготовления прибора, от применяемых полупроводнико­ вых материалов, от требований, предъявляемых к данному при­ бору.

В данной главе рассматриваются методы защиты поверхно­ сти полупроводниковых структур с нанесенными металлическими контактами и структур с присоединенными внешними выводами, т. е. защита в процессе сборочных операций.

§ 18. Химическая обработка полупроводниковых структур перед защитой

Выбор метода химической обработки полупроводниковых структур перед защитой, как и метода защиты поверхности, зави­ сит, в первую очередь, от конструкции и технологии изготовле­ ния приборов.

Так, для получения высоких и стабильных значений электри­ ческих параметров дискретных (сплавных и диффузионных) структур перед защитой необходима тщательная обработка по­ верхности с помощью травления и последующей промывки.

Перед защитой планарных структур с уже имеющейся плен­ кой двуокиси кремния их поверхность дополнительной обработ­

ке не подвергают или ограничиваются промывкой в раствори­ телях.

Травленые является одной из наиболее ответственных опера­ ции в производстве полупроводниковых приборов. Травление имеет много назначений. Перед защитой применяют травление для очистки поверхности от окислов и шунтирующих загрязне­ ний и для удаления нарушенного слоя (после разделения пла­ стин на отдельные кристаллы) с целью уменьшения несовер­ шенств и дефектов поверхности. Подобрать универсальный травитель для всех видов приборов не представляется возмож­ ным, так как эффективность травления зависит от многих фак­ торов: способа получения структуры перехода, омического кон­ такта и прочее.

Принцип химического травления основан на окислении по­ верхности структур с последующим удалением образовавшихся окислов. При химическом травлении используют кислые или ще­ лочные травители. Травитель состоит из окислителя (азотная кислота, перекись водорода) и растворителя (плавиковая кисло­ та, вода). В большинство травителей входят компоненты, влияю­ щие на качество протравленной поверхности и скорость химиче­ ской реакции (уксусная кислота, бром, иод). Для получения хороших результатов по электрическим параметрам необходимо применять исходные травители с особо очищенными компонен­ тами.

Скорость и качество травления полупроводниковых структур зависят от многих факторов. Основные из них: соотношения и концентрация компонентов, входящих в травитель, температура травления, объем травильной смеси, интенсивность перемешива­ ния в процессе травления. Травление проводят во вращающихся виннпластовых или фторопластовых барабанах, установленных в химических шкафах или специальных скафандрах.

После окончания травления кристаллы или блоки арматур тщательно промывают до полного удаления травильных раство­ ров. Для промывки применяют особо чистую воду, очищенную от неорганических примесей, — деионизованную воду' с удельным сопротивлением р= 54-15 Мом-см. Далее пластины и кристаллы сушат в установках инфракрасной сушки, вакуумных или обыч­ ных термостатах при температурах ПО—120° С.

§19. Защита с помощью лаков, эмалей, компаундов

икремнийорганичееких зазелинов

Наиболее простым и довольно широко распространенным в промышленности способом защиты при сборке является лакиро­ вание. Лакирование применяют также перед герметизацией как дополнительную или вторичную защиту. Лак наносят на силано­ вую пленку или окисную пленку планарных структур, что спо­ собствует стабильности электрических параметров особенно при повышенных температурах. На отдельных приборах лакирова-

76

мне служит п для механического укрепления соединений выводов с ножками и структурами.

Требования, предъявляемые к защитным полимерным мате­ риалам, являются общими с требованиями к защитным покры­ тиям, описанным в § 17 настоящей главы. Кроме них важно под­ черкнуть, что защитное покрытие на основе полимерных мате­ риалов должно обладать минимальной кислотностью, не содержать активных компонентов и иметь ряд технологических качеств: не слишком большое время сушки и полимеризации, удобные для производства время жизни материала и время его хранения.

Минимально допустимое значение удельного объемного соп­ ротивления защитного материала при комнатной температуре может быть найдено по формуле

где р — удельное объемное сопротивление защитного материала, R — сопротивление перехода, 5 — площадь сечения защитного покрытия, перпендикулярного направлению тока, I — ширина перехода.

Обычно удельное объемное сопротивление составляет 1 ■ІО11—

1 • 10 12 ом • см.

Метод лакирования достаточно прост; сущность его заключа­ ется в том, что структура с ^-я-переходом обволакивается кап­ лей защитного лака, а затем ее подвергают сушке при повышен­ ных температурах по определенному режиму.

Наиболее употребимы лаки и эмали на основе акрилатов по­ лиэфиров, кремнийорганических и эпоксидных смол с наполни­ телями или без них: АС-539, М.БК-1, МБК-3, ЭП-91, КО-97, КО-08 и др. В табл. 11 представлены технико-эксплуатационные харак­ теристики основных материалов, используемых промышлен­ ностью для защиты структур.

Нельзя дать рекомендации на применение того пли иного защитного покрытия на определенную группу или тип приборов. Выбор покрытия определяется только конкретными данными приборов: системой электрических параметров, диапазоном ра­ бочих температур и мощностью рассеяния корпуса, полупровод­ никовым материалом, климатическими условиями и т. д.

При всей простоте метод лакирования имеет ряд недостатков, связанных в основном с качеством применяемых защитных ма­ териалов: длительным циклом отверждения материалов, невоспроизводимостыо результатов в зависимости от партий лака, несплошностыо защитной пленки лака (так как большинство таких материалов содержат летучие растворители), слабой про­ чностью части - материалов при циклических изменениях тем­ ператур.

Рассмотрим подробно технологический процесс лакирования. Наиболее рационально, с целью устранения вредного воздей-

77

Смотрите также файлы