Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

6. Пленка стекла, получаемая нанесением на поверхность полу­ проводникового кристалла смеси микропорошка со спиртом или другим летучим наполнителем, следующего состава: 70% Si02; 20% Вг03; 7,8% U 2O3, ЫагО или К2О; 5% А120з или РЬО. После термообработки в вакууме при температуре 300° С в течение 15 лшн образуется стеклообразная пленка толщиной 1 мкм, на поверхности которой разложением этилокремниевой кислоты наращивается пленка БЮг и далее производится ее сплавление с нижним слоем стекла при температуре 700—900° С. После этого образуется стек­ лянная пленка, имеющая следующий состав: 80% Si02; 18% В20 3; 2% щелочных металлов и окислов А120з или РЬО.

7. Стеклянная пленка АЬОз-БЮг. На предварительно нанесен­ ную на поверхность кремния окисную пленку осаждается соедине­

ние типа Al(OC„H2n+i)Si(OCnH2n+i)4, где я = 1, 2 , 3, 4 определяет­ ся паровой фазой.

280

При нанесении пленок стекла на окисные слои толщиной менее 0,2 мкм возможно проникновение ионов натрия из стекла через окисньщ слой к поверхности р-я-перехода, чувствительной к воз­ действию ионов. По мере проникновения ионов к поверхности р-л-перехода на этой поверхности могут возникать каналы, которые

. увеличивают нестабильность приборов. Поэтому силикатные или кварцевые стекла не очень эффективны в качестве защитных пле­ нок для ионно-чувствительных поверхностей различных приборов.

Наиболее перспективным для таких приборов является боратное стекло, которое характеризуется низкой проводимостью и ма­ лыми диэлектрическими потерями, высокой механической прочно­ стью, термической и климатической стойкостью. Оно имеет струк­

Стекла первого типа состоят из бората цинка, окиси цинка, оки­ си кадмия, окиси алюминия и окиси кремния. Кроме этих состав­ ных частей в состав стекла могут входить окись бериллия и неболь­ шие концентрации окиси титана, окиси циркония, окиси ниобия, окиси лантана, окиси церия, окиси скандия, окиси гафния, окиси галлия, окиси индия и их смеси. Эти составы стойки к расстекловыванию в широком диапазоне температур и обладают полной смешиваемостью составных частей.

В качестве примера такого стекла можно привести следующий состав: 22—25% окиси кремния, 32—38% бората цинка, 12—20% окиси алюминия, 15—30% окиси цинка. Этот состав стекла облада­ ет коэффициентом температурного расширения, равным 38 -10~7 град_1 в диапазоне температур 0—300° С, и рабочей темпе­ ратурой 770° С. Толщина пленки стекла от 1 до 20 мкм.

На рис. 9.13 изображена диаграмма состояния системы ZnO—В20з—SiC>2, иллюстрирующая область образования стекла нужного состава.

281

Г Л А В А Д Е С Я Т А Я

СБОРКА И ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

§ 10.1. Сборка полупроводниковых приборов

Сборку полупроводникового прибора осуществляют путем раз­ личных операций: крепления кристалла полупроводника на кристаллодержателе или фланце, присоединения электрических выво­ дов к активным областям и т. д.

С б о р о ч н а я к о н с т р у к ц и я

Сборочная конструкция состоит из ряда элементов.

Баллон. Баллоны или колбы металлических диодных и транзи­ сторных корпусов изготавливают из меди, стали или ковара; при­ чем у диодов они имеют проходной стеклянный изолятор. Баллон после сборочных операций плотно соединяют с фланцем.

Фланец. При сборке транзисторов кристалл полупроводника, со­ держащий активную структуру, крепят на коваровом или медном фланце. Через стеклянные изоляторы на фланце закрепляют элект­ роды для эмиттерного, коллекторного и базового выводов. Чтобы уменьшить тепловое сопротивление, фланец делают из меди. При этом между стеклянным изолятором и фланцем ставят коваровую втулку, так как стекло не дает надежных спаев с медью.

Кристаллодержатель. В диодах и мощных транзисторах кристаллодержатель одновременно является фланцем, его изготавли­ вают из меди, которую покрывают тонким слоем никеля. Для креп­ ления кристалла у кристаллодержателя имеется возвышение. В стеклянной и металлостеклянной конструкциях фланец отсутству­ ет, а кристаллодержатель выполняют в виде цилиндрика, спрессо­ вывающего электродный вывод. У маломощных транзисторов кри­ сталлодержатель представляет собой никелевое кольцо или рамку, на которую напаивается омический контакт кристалла полупровод­ ника прямоугольной или круглой формы.

Электроды. В конструкциях маломощных диодов и транзисто­ ров электроды изготавливают в основном из никеля и ковара; вво­ дят их через стеклянный изолятор. Для транзисторов большой мощности эти материалы не используют вследствие плохой тепло- и электропроводности. В этом случае электроды выполняют из мед­ ной проволоки, покрытой тонким слоем никеля или серебра. Для сварки со стеклянными изоляторами на электрод надевают кова­ ровую втулку. Электроды делают также из посеребренной медной

282

плетенки, пропускаемой в коваровую трубку, заделанную в изоля­ тор. С целью герметизации на обоих концах трубка обжимается н плетенка сваривается с коваром.

Электрические выводы. У большинства типов диодов, стабилит­ ронов и некоторых транзисторов нет специальных электрических выводов, соединяющих омические контакты кристалла с электрод­ ными вводами — их роль выполняют электроды. В двухэлектрод­ ных приборах средней и большой мощности «верхний вывод», т. е. электрод, противоположный кристаллодержателю или фланцу, непосредственно напаивают на кристалл полупроводника. Он мо­ жет быть как гибким (из металлической плетенки), так и жестким (из медной полоски требуемой формы и размеров). В маломощных транзисторах для присоединения эмиттера и коллектора к соответ­ ствующим электродным вводам служат припаиваемые к ним элект­ рические выводы из серебряной, золотой, никелевой или алюминие­ вой проволоки. В последнем случае на алюминиевую проволоку на­ девают никелевую втулку, которая опрессовывается или соединяет­ ся контактной сваркой, так как алюминий очень трудно поддается пайке.

Прижимной контакт. Наиболее надежными и механически проч­ ными электрическими выводами являются прижимные пружинные контакты, применяемые в основном в маломощных двухэлектрод­ ных приборах. Прижимной электрический контакт изготавливают S-образной формы из металла с большой прочностью и упруго­ стью— вольфрама, бронзы, стали, формуемых в виде ленты. При сборке один конец пружины касается поверхности полупроводника или находящейся на ней капли сплава, а другой соединяется с электродом. Для фиксации положения пружины необходима изо­ ляторная трубка, поэтому прижимные контакты чаще используют в металлостеклянной конструкции. Так как при воздействии уда­ ров, вибраций или при изменении температуры прижимной контакт может перемещаться, он не разрушает кристалл полупроводника, не приводит к обрывам и коротким замыканиям, хотя и не совсем надежен при сильной вибрации.

Термокомпенсационные прокладки. В приборах, рассчитанных на большие мощности, где кристалл полупроводника крепится на медном кристаллодержателе или контактирует на большой площа­ ди с верхним электрическим выводом, в результате различия тем­ пературного коэффициента линейного расширения (ТК1) металла и полупроводника необходимо устранение или уменьшение терми­ ческих напряжений. Эту проблему чаще всего решают с помощью термокомпенсаторов, у которых ТК1 близок к ТК1 полупроводника. В качестве компенсаторов используют толстые шайбы из вольфра­ ма и молибдена. С целью облуживания шайбы подвергают специ­ альной обработке. Иногда для устранения напряжений употребля­ ют прокладки из мягкого металла: чистого свинца или свинца, по­ крытого индием. Однако при циклическом воздействии нагрузоч­ ной мощности на низких частотах свинец со временем может разрушаться.

283

Припой. Для соединения кристалла с электрическими вывода­ ми, электродами, прокладками, кристаллодержателем и фланцем используют припои. Различают два вида припоев: мягкие и твер­ дые.

К мягким или низкотемпературным относятся сплавы олова с висмутом, добавляемым для предотвращения оловянной чумы

(20—80% Bi, 80—20% Sn, 0,1—10% Sb); сплавы олова со свин­ цом (ПОС-40: Sn—40%, Pb—60%; ПОС-61: Sn — 61%, Pb — 38,2%, Sb — 0,8%) и сплавы олова со свинцом и индием. Темпера­ тура плавления их 140—210° С.

К твердым или высокотемпературным припоям относятся спла­ вы на основе серебра (ПСр-45: Ag — 45%, Си — 30%, Zn — 25%;

ПСр-50: Ag — 50%, Си — 50%), обладающие температурой плавле­ ния свыше 600° С.

С б о р к а

Соединение электрических выводов с омическими контактами кристалла осуществляют с помощью пайки, электроконтактной сварки и термокомпрессионной сварки.

Пайка. Пайку электрических выводов применяют при сборке многих типов полупроводниковых приборов. К недостаткам соеди­ нения пайкой относятся: неоднородность контакта, вследствие на­ личия окисных пленок, необходимость применения флюсов, загряз­ няющих кристалл полупроводника и разогрев кристалла до высо­ ких температур (200—300°С). Основными преимуществами пайки являются относительная ее простота и возможность соединения деталей сложной конфигурации, что невозможно при контактной сварке.

В тех случаях, когда это возможно, соединяемые участки под­ вергают предварительному облуживанию либо в расплаве припоя, либо с помощью ультразвукового паяльника, либо путем нанесения припоя гальваническим методом. Участки кремния или германия, подлежащие пайке, обычно покрывают никелем или золотом. Иног­ да после никелирования производят золочение.

Процесс пайки, например, при соединении кристаллодержателя с кристаллом и верхним выводом выполняют в специальных печах, в инертной или восстановительной атмосфере. Все детали при этом загружают в кассеты.

Пайку электрических выводов в виде тонких проволочек к элек­ тродам осуществляют на воздухе микропаяльником, наблюдая через микроскоп с небольшим увеличением. В данном случае при­ меняют флюсы, которые подразделяются на две группы: защитные и активные. Защитные флюсы — канифоль и ее спиртовые раство­

лей. После флюсовой пайки конструкцию промывают деионизован­ ной водой и сушат.

284