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

Все перечисленные методы монтажа характеризуются общим технологическим процессом и строгой технологической последо­ вательностью: подготовка держателя и кристалла к монтажу, загрузка в технологическую оснастку, подготовка технологичес­ кого оборудования, проведение самих процессов монтажа со строгим соблюдением технологических режимов.

§ 9. Монтаж кристаллов пайкой

Кассетный способ пайки кристаллов рассмотрим на следую­

щем примере.

В кассету (рис. 25), изготовленную из специальной стали (ча­ ще всего это нержавеющая сталь), помещают кристаллодержа­ тель 3, который фиксируется в ней с помощью штифтов. На

После загрузки кассеты передаются на пайку. Пайку целесооб­ разно проводить в конвейерных печах, обладающих высокой производительностью (рис. 26). В отличие от печей периодиче­ ского действия, где в течение рабочего цикла происходят ста­ дии нагрева, выдержки в нагретом состоянии и охлаждения, в конвейерной печи кассета в течение рабочего процесса двигается по конвейерной ленте, проходит зону нагрева, выдержки и ох­ лаждения. Конструкция печидопускает распределение тем­ пературы вдоль рабочей зоны. Кассеты с загруженными в них арматурами для пайки устанавливают на ленту, скорость дви­ жения которой регулируется в соответствии с технологическими режимами. Печь может работать на водороде и на любом из инертных газов. При работе на водороде с обоих концов печи с помощью запальников поджигают факелы для сжигания водорода.

Возможна также пайка в печах периодического действия и в герметических скафандрах с контролируемой атмосферой, на­ пример, со средой аргона, который защищает поверхность спаи­ ваемых деталей от окисления. Печи периодического действия предназначены главным образом для экспериментальных работ и допускают быструю смену технологических режимов. При ис­ пользовании герметичных скафандров (в настоящее время изго­ товляются скафандры с ламинарным потоком воздуха) возмож­

39

но размещать внутри них нагревательные устройства (плитки, столики) различной конструкции, отличающиеся незначительны­ ми габаритами. При этом целесообразно применять бескассетный

способ пайки структур.

Чрезвычайно важно при проведении пайки соблюдать режи­ мы: температуру и время процесса. Температуру контролируют ртутными и контактными термометрами, термопарами, а время,

восновном,— секундомерами.

Впоследнее время для проведения пайки находит примене­

ние ультразвук, при этом наибольшее распространение получила

Рис. 26. Прямонакальная конвейерная установка

частота ультразвуковых колебаний около 60 кгц. Ультразвук разрушает окисную пленку и создает таким образом возмож­ ность контактирования чистых соединяемых поверхностей с припоем.

Любой из указанных методов пайки требует тщательной под­ готовки соединяемых поверхностей. Детали полупроводниковых приборов и кристаллы обезжиривают в растворителях: ацетоне, толуоле, четыреххлористом углероде и др., после чего их тща­ тельно сушат. Для удаления окисных пленок используют кис­ лотный или щелочной травитель, однако перед сушкой в этом: случае необходима промывка в дистиллированной воде.

40

Применяемые для пайки припои описаны в гл. II и IV. При контроле после пайки выявляют следующие дефекты:

качество посадки кристалла (рабочая сторона сверху или снизу), наплывы припоя (не более отмеченных в контрольной карте), недостаточную прочность крепления кристалла, наличие или отсутствие припоя на выводах прибора.

Могут быть и другие дефекты, которые, как правило, контро­ лируют по технологической документации. Некоторые дефекты можно устранить. Так, если кристалл легко отделяется от дер­ жателя, отвалился после пайки или при контроле, то возможно повторное проведение процесса. Однако, если дефект неиспра­ вим, то бракуется вся арматура.

§ 10. Монтаж кристаллов склеиванием

Прочность склеивания определяется величиной сцепления между клеем и склеиваемыми поверхностями материалов. По активности взаимодействия между клеевым материалом и склеи­ ваемыми поверхностями различают полярные (эпоксидные смолы и др.) и неполярные (полиэтилен, фторопласт, полистирол и др.) материалы. Полярные материалы следует склеивать по­ лярными клеями, а неполярные — неполярными клеями.

Инертные материалы (фторопласт, полиэтилен) перед склеи­ ванием требуют специальной обработки. При склеивании необ­ ходимо избегать возникновения напряжений после отвердения, клеевого шва, так как в противном случае при эксплуатации клеевого соединения, особенно в условиях тепловых ударов, тер­ мических циклов и динамических нагрузок, клеевой шов может расслаиваться, растрескиваться и разрушаться вследствие раз­ ности коэффициентов линейного термического расширения ма­ териалов.

Для получения прочного и надежного в эксплуатации клеево­ го соединения следует учитывать следующие факторы.

Смачиваемость — непременное условие склеивания материа­ лов, так как смачиваемость и сцепление материалов находятся в прямой зависимости.

Подготовка поверхности к склеиванию — качество поверхно­ сти оказывает большое влияние на прочность склеивания. Кро­ ме механической подготовки поверхности, часто используют хи­

можны загрязнения, поэтому перед склеиванием их необходимо удалить с поверхности, промывая ее растворителями (толуол,

•спирт, ацетон и т. д.). После обезжиривания детали выдержива­ ют на воздухе или (чаще) в установках с повышенной тепературой до удаления растворителя.

Удаление растворителя из клеевой пленки до отвердения клеевого шва, так как большинство клеевых композиций пред­

41

ставляют собой растворы синтетических смол в растворителях или их смесях. Неполное удаление растворителей из клеевой пленки приводит к резкому снижению прочности соединения в результате пористости и появления усадочных напряжений пос­ ле отвердения клеевого шва.

Давление при склеивании — необходимо почти для всех типов клеев. Величина давления зависит от состава клея и определя­ ется в основном способностью его к растеканию.

Толщина клеевого слоя в полупроводниковой технологии час­ то ограничивается заранее заданными величинами. Установлено, что с увеличением толщины клеевого шва прочность склеивания падает.

Отвердение клеевых композиций в зависимости от условий технологических процессов производства и конструкции прибо­ ра проводится различными способами и происходит при повы­ шенных температурах.

Наиболее употребимые клеи и клеевые композиции, приме­ няемые для монтажа кристаллов, приведены в табл. 4.

Т а б л и ц а 4

Некоторые клеи и клеевые композиции, применяемые для монтажа кристаллов

Для конструкций, которые не эксплуатируются при высоких температурах, можно рекомендовать клей холодного отвердения

клея ВК-2, представляющего собой раствор кремнийорганической смолы в органическом растворителе с мелкодиспергированным асбестом в качестве активного наполнителя. Им склеивают кремний, кремний алюминированный и золоченый, вольфрам, вольфрам золоченый, керамику, керамику золоченую, молибден,

42

ковар, ковар золоченый, никель, никель золоченый. При этом соединения сохраняют необходимую прочность — до 50 кГ/см2

при 350° С до 1000 ч\ 15—25 кГ/см2 при 1000° С до 5—8 мин.

Типичный пример приклеивания кристаллов к арматуре при­ веден на рис. 27. Кристаллы 1 приклеивают на керамическое ос­ нование 3 клеем 4, который наносят кисточкой.или распылением. Приклеивание производят либо в кассетах в тех случаях, когда материал клея требует применения внешнего давления, либо бес-

/

4 3

Рис. 27. Арматура с приклеенными кристаллами:

I — кристаллы, 2 — внешние выводы, 3 — керамическое основание, 4 — клей

'кассетным методом. В последнем случае собранная арматура (кристаллодержатель 2 и кристаллы) направляется на обработ­ ку при повышенных температурах (если применены клеи не хо­ лодного отвердения). .

§ К . Монтаж кристаллов сплавлением

При монтаже кристаллов в корпус применяют кассетный и бескассетный способы сплавления.

По существу физических явлений, происходящих в контакте кристалла с металлом корпуса, сплавление можно отнести к пай­ ке, так как две поверхности соединяются под действием третье­

43