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

Для получения электрических контактов малой площади выво­ ды присоединяют с помощью металлической связки. Металлический электрод или электрический вывод покрывают слоем вязкой смеси из разлагающейся при нагреве органической связки (смеси нитро­ целлюлозы с бутилацетатом) и металлического порошка (из олова, свинца и кадмия с добавлением алюминия, индия или сурьмы и фосфора). При нагреве металлический порошок плавится и плот­ но сцепляется с кристаллом.

Электроконтактная сварка служит основным видом соединения как электрических выводов с электродами, так и кристаллодержателя с фланцем в производстве транзисторов малой мощности, фотодиодов и фототранзисторов. Более подробно контактная свар­ ка рассмотрена в § 10.2.

Термокомпрессионная сварка позволяет присоединять электри­ ческие выводы толщиной не более нескольких десятков микрон

комическим контактам кристаллов диаметром не более 20—50 мкм. Причем электрический вывод можно присоединить непосредственно

кповерхности полупроводника без промежуточного металлического покрытия следующим образом. Тонкую золотую или алюминиевую проволоку прикладывают к кристаллу полупроводника и прижи­ мают нагретым стержнем. После небольшой выдержки проволока оказывается плотно сцепленной с поверхностью кристалла. Сцеп­ ление происходит вследствие того, что даже при небольших удель­ ных давлениях, действующих на кристалл полупроводника и не вызывающих его разрушения, локальное давление в микровысту­

пах на поверхности может быть весьма большим. Это приводит к пластической деформации выступов, чему способствует подогрев до температуры ниже эвтектической для данного металла и полу­ проводника, что не вызывает каких-либо изменений в структуре кристалла. Происходящая деформация (затекание) микровыступов и микровпадин обусловливает прочную адгезию и надежный кон­ такт вследствие ван-дер-ваальсовых сил сцепления, а с повышени­ ем температуры между соединяемыми материалами более вероят­ на химическая связь.

Однако давление и нагрев ограничены из-за возникновения дислокаций в полупроводнике и температуры эвтектики сваривае­ мых материалов.

Термокомпрессионная сварка имеет следующие преимущества: а) соединение деталей происходит без расплавления сваривае­

мых материалов; б) удельное давление, прикладываемое к кристаллу, не приво­

дит к механическим повреждениям полупроводникового мате­ риала;

в) соединения получают без загрязнений, так как не использу­ ют припои и флюсы.

К недостаткам следует отнести малую производительность про­ цесса.

Термокомпрессионную сварку можно осуществлять путем соеди­ нений внахлест и встык.

285

ПрисоеЧинент контактам

286

287

При сварке внахлест электрический проволочный вывод, как уже отмечалось, накладывают на контактную площадку кристалла полупроводника и прижимают к нему специальным инструментом до возникновения деформации вывода. Ось проволочного вывода при сварке располагают параллельно плоскости контактной пло­ щадки.

При сварке встык проволочный вывод приваривают торцом к контактной площадке. Ось проволочного вывода в месте присо­ единения перпендикулярна плоскости контактной площадки.

Сварка внахлест обеспечивает прочное соединение кристалла полупроводника с проволочными выводами из золота, алюминия, серебра и других пластичных металлов, а сварка встык — только с выводами из золота. Толщина проволочных выводов может быть от 15 до 100 мкм.

Присоединять выводы можно как к чистым кристаллам полу­ проводника, так и к контактным площадкам, покрытым слоем на­ пыленного золота или алюминия. При использовании чистых по­ верхностей кристалла увеличивается переходное сопротивление контакта и ухудшаются электрические параметры приборов.

Элементы, подлежащие термокомпрессионной сварке, проходят определенную технологическую обработку. Поверхность кристалла полупроводника, покрытую слоем золота или алюминия, обезжири­ вают в спирте при 25° С в течение 5 мин.

Золотую проволоку отжигают при 300—600° С в течение 5—20 мин в зависимости от способа соединения деталей. Алюми­ ниевую проволоку протравливают в насыщенном растворе едкого натра при 80° С в течение 1—2 мин, промывают в дистиллирован­ ной воде и сушат. Серебряную проволоку обжигают при 700° С в те­ чение 15 мин и обезжиривают. Кремний и германий травят в стан­ дартных травителях.

Последовательность выполнения технологических операций раз­ личных видов термокомпрессионной сварки приведена в табл. 10.1. Основными параметрами режима термокомпрессионной сварки яв­ ляются удельное давление, температура нагрева и время сварки

(см. табл. 10.2).

Удельное давление выбирают в зависимости от допустимого на­ пряжения сжатия кристалла полупроводника и допустимой дефор­ мации материала привариваемого вывода. Время сварки выбирают экспериментальным путем.

Относительную деформацию при термокомпрессионной сварке можно определить по формуле

е = (1 - 0 , 8 - f ) 100%,

где d — диаметр проволоки, мкм; b — ширина соединения, мкм.

Давление на инструмент определяют исходя из распределения напряжений на стадии завершения деформации по формуле

288

Режимы термокомпрессионной сварки для различных материалов

(2—3) d\

f — приведенный коэффициент трения, характеризующий тре­ ние между инструментом, проволокой и подложкой.

На рис. 10.1 приведены номограммы.режимов термокомпресси­ онной сварки золотой (а) и алюминиевой (б) проволоки с алюми­ ниевыми пленками. Эти номограммы дают возможность оптималь­ ного выбора соотношения между удельным давлением, температу­ рой и временем.

Сборочные линейки. Полупроводниковые предприятия оснащены