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

водниковых кристаллов с р-я-переходами на металлической ленте с последующей герметизацией пластмассой.

Данная технология дает возможность механизации и автомати­ зации процессов сборки и герметизации приборов, изготовляемых ранее по планарной технологии: транзисторов, импульсных диодов, варикапов, стабилитронов, выпрямительных диодов, тиристоров.

Основным элементом конструкции с пластмассовым корпусом является металлическая лента. На рис. 10.5 представлены профили металлических лент, используемых для сборки и герметизации дио­ дов и транзисторов. Для расчета конструкции профиля металличе­ ской ленты необходимо исходить из размера планарной структуры

Присоединение кристалла кремния с р-я-переходом к металли­ ческой ленте осуществляют с помощью сплава эвтектического со­ става (сплавления золота с кремнием). Поскольку процесс сплав­ ления золота с кремнием является неравновесным, то количество кремния, растворившегося в золоте, зависит от времени процесса сплавления при заданной температуре, а количество жидкой фазы сплава золото — кремний от максимальной температуры процесса сплавления. Качество присоединения кристалла кремния к метал­ лической ленте зависит от трех основных факторов: времени, тем­

кремний приводит к вытеканию ее из-под кристалла кремния к его периферии. Это обусловливает образование механических напря­ жений, трещин и раковин в структуре кристалла кремния при за­ твердевании жидкой фазы сплава золото — кремний, что снижает механическую прочность сплавной структуры и ухудшает электри­ ческие параметры прибора.

300

При минимальных значениях времени, температуры и силы при­ жатия кристалла к ленте сплавление золота с кремнием происхо­ дит лишь в отдельных точках поверхности, вследствие чего на со­ бранной структуре может возрасти пря­ мое падение напряжения.

Металлическую ленту изготавливают из латуни, меди, молибдена, стали, ни­ келя. Наибольшее распространение полу­ чила лента из ковара, покрытая слоем ни­ келя и имеющая полоску, плакированную золотом, шириной 1,5—2 мм.

Впроцессе присоединения кристаллов

ср-ц-переходами к ленте осуществляют перемотку ленты с одного барабана на Другой.

Путем термокомпрессионной сварки выводы из золотой проволоки диаметром 30—50 мкм присоединяют к позолочен­ ным поверхностям кремния и коваровой ленты.

Режим термокомпрессионного процес­ са можно выбрать'следующим: темпера­ тура верхнего нагревателя 600—700° С; нижнего нагревателя не выше 250° С; время процесса 2,5 сек, сила прижатия Деталей друг к другу 4 -107 н/м2. Опти­ мальный режим термокомпрессионной сварки обычно выбирают с учетом мак­ симальной механической прочности со­

резают на части, каждая из которых со­ держит 20 планарных элементов. Эту часть ленты крепят с по­

мощью пружин в специальное приспособление, которое соединяет­ ся с заливочной формой направляющими штифтами. После затвер­

301

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

§ 11Л. Назначение корпусов и теплоотвод в них

Н а з н а ч е н и е к о р п у с а

Как уже отмечалось, кристалл полупроводника с выпрямляю­ щими и омическими контактами, покрытый лаком, эмалью или ка­ ким-либо иным защитным покрытием, помещают в жесткий корпус. Корпус полупроводникового прибора, являясь надежной защитной оболочкой, предохраняет кристалл от механических воз­ действий и от влияния окружающей среды. Он препятствует кон­ денсации на поверхности кристалла влаги, предотвращает попада­ ние микро- и макрозагрязнений н доступ световых лучей, служит экраном от электромагнитных помех, обеспечивает отвод тепла, выделяемого в кристалле.

К корпусу полупроводникового прибора предъявляют высокие требования по обеспечению механической стойкости и герметично­ сти при ударах, вибрациях, ускорениях, циклическом воздействии повышенных и пониженных температур, а также в условиях тро­ пической влажности, холода и космической радиации.

Т е п л о о т в о д в к о р п у с а х

Прохождение тока через полупроводниковый прибор сопровож­ дается его нагревом. В общем случае все тепло выделяется в ^-«-переходе.

Предельной мощностью рассеяния полупроводникового прибора называют такое значение подводимой к нему мощности, которое не приводит к выходу прибора из строя и не ухудшает его пара­ метров в течение всего срока службы.

При изготовлении полупроводниковых приборов важно обеспе­ чить наилучший отвод тепла, чтобы температура р-п-перехода как можно меньше отличалась от температуры окружающей среды.

Известны три механизма теплоотвода: теплопроводность, излу­ чение, конвекция. Весьма существенным является площадь поверх­ ности, через которую проходит тепловой поток. С увеличением этой

303

в виде алюминиевой или медной платы определенной толщины и площади, на которую крепится прибор.

Основная роль в отводе тепла от р-я-перехода принадлежит теплопроводности, так как конвекция под корпусом прибора весьма мала, а поверхность радиации перехода — это очень узкая область.

Подводимая к прибору мощность Р приводит к перегреву /7-п-переходов относительно окружающей среды на температуру

где Тп — температура р-я-перехода; Т0кр— температура окружаю­ щей среды.

Эти две величины связаны между собой коэффициентом про­ порциональности, называемым тепловым сопротивлением:

R T, град/вт = АТ,Р.

Тепловое сопротивление складывается из сопротивлений тепло­ вому потоку отдельных теплоотводящих элементов конструкции — выводов, кристаллодержателя, радиатора и т. д. Поэтому при про­ ектировании прибора можно определить его предельную мощность рассеяния.

Тепловое сопротивление обратно пропорционально теплопровод­ ности материала и сечению выводов и прямо пропорционально длине участка теплоотвода. При последовательном соединении эле­ ментов конструкции

п

где / ; —длина участка теплоотвода; 5, — площадь теплоотводя­ щего участка; hi— теплопроводность.

В табл. 11.1 даны значения теплопроводности некоторых метал­ лов, используемых при изготовлении полупроводниковых приборов.

Важным параметром является также тепловая постоянная вре­ мени т, характеризующая скорость установления теплового равно­ весия. Эта же постоянная определяет скорость охлаждения при снятии мощности.

Изменение температуры при нагреве

при охлаждении

t

где Т0— начальная температура прибора; t — время.

304

Т а б л и ц а 11.1

Теплопроводность основных металлов и Ш

При описании установления теплового равновесия используют не менее двух постоянных времени: тп — для характеристик про­ цесса установления равновесия между р-п-переходов и корпусом; токр —установления равновесия между корпусом и окружающей средой. Если т„ имеет порядок не более миллисекунды, то т0Кр может достигать нескольких минут.

Тепловые потери за счет излучения определяются разницей тем­ ператур между излучающим и поглощающим телами и излуча­ тельной способностью обоих тел.

Мощность теплового потока в этом случае

[(7’ит/100)-* —

где Я0 = 5,7-10-4 вг/ (градсм) — постоянная излучения абсолютно черного тела;

1] — излучательная способность (0 <

Т1ГГ— температура излучающего тела; Тпт— температура поглощающего тела.

Излучательная способность зависит от свойств поверхности из­ лучателя и для матовой, черной поверхности

Излучательная способность основных материалов