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

29НК) образуют герметичный металлокерамический баллон. Спаи выполняют с использованием припоя ПСр-72. Для температурной компенсации разности 77(7 керамики и меди между кристаллодержателем 1 и керамической втулкой помещают компенсирующее кольцо 8 из сплава 29НК. Пайку всех деталей корпуса производят одновременно в конвейерной печи. Кристалл 6 с р-п-переходом на­ паивают на кристаллодержатель 1 через компенсирующую про­

прибора все металлические детали баллона имеют золотое гальва­ ническое покрытие. Окончательную герметизацию корпуса осуще­ ствляют электроконтактной сваркой с использованием золоченой никелевой крышки 4, получаемой методом холодной штамповки.

Кроме рассмотренных конструкций диодов СВЧ, получили рас­

Рис. 11.13. Конструкция корпуса для трех последовательно соединенных варакторов

Диодов, собранных в одном блоке. На рис. 11.13 показана конст­ рукция 2—8 для трех последовательно соединенных варакторов, позволяющая увеличить рабочую мощность в режиме умножения частоты. Корпус одиночного варактора представляет собой баллон с крышкой 1. Баллон состоит из кольца 2 из сплава 29НК,

керамической втулки 3 из массы М7 или 22ХС и кристаллодержателя 4 из сплава 29НК или никеля, герметично соединенных при­ поем 5 (ПСр-72). Кристалл 6 напаивают на кристаллодержатель 4 припоем с температурой плавления 350—400°С через компенсирую­ щую прокладку 7 из молибдена или вольфрама. Верхний контакт прибора — это никелевая золоченая плющенка 9, присоединенная к кристаллу термокомпрессионной сваркой, а к кольцу 2 баллона электроконтактной сваркой. Окончательную герметизацию прибо­ ров осуществляют пайкой с помощью припоя с температурой плав­ ления 250—300°С. После окончательной герметизации приборы со­ бирают в блок с держателями 8 из латуни с помощью низкотем­ пературного припоя 10. Держателя 8 предварительно никелируют.

Все рассмотренные конструкции имеют значительное количество деталей сложной конфигурации, изготавливаемых точением. Основ­ ное требование к этим деталям — это изготовление посадочных мест по 4-му классу точности для точного монтажа в аппаратуре. Кроме того, поскольку для сборки приборов СВЧ в корпусах кристаллодержатели имеют прессовые или переходные посадки 2-го класса точности, требуется предварительная калибровка поса­ дочных мест на этих деталях и в корпусах с целью обеспечения необходимых размеров. Таким образом, изготовление деталей для приборов СВЧ является достаточно трудоемкой операцией. При использовании меди трудоемкость изготовления деталей сокраща­ ется, например кристаллодержателя, в 2—2,5 раза. Керамические втулки выполняют по обычной технологии. В качестве металлизи-

322

рующей пасты применяют молибдено-марганцевую пасту с добав­ кой гидрированного порошка титана, которая обеспечивает наибо­ лее высокую и стабильную механическую прочность паяного соеди­ нения. В качестве припоя используют ПСр-72 с температурой пай­ ки 780° С, который пластичен, механически прочен и обладает по­ стоянной температурой расплавления (эвтектический состав). Коваровые кольца и плоские крышки изготавливают штамповкой на

Рис. 11.14. Конструкция корпусов для туннельных диодов

нательную герметизацию корпусов осуществляют точечной конден­ саторной сваркой. Основные параметры корпусов для диодов СВЧ приведены в табл. 11.5.

§ 11.4. Корпусы туннельных диодов

Особую группу приборов составляют туннельные диоды, кон­

струкции которых в значительной степени отличаются от приборов Других типов.

На рис. 11.14,а показана конструкция корпуса 3—1а для арсенидогаллиевых туннельных диодов. Эта конструкция корпуса состоит из кристаллодержателя 1, верхнего фланца 4 и керамической втулки образующих герметичное металлокерам-ическое соединение.

323

Кристаллодержатель 1 и верхний фланец 4 имеют гибкие вы­ воды для использования в подвесном монтаже электронной аппара­ туры. В качестве керамического материала применяют стеатитовую керамику СК-1, металлизированную молибдено-железной пастой. В качестве припоя для соединения керамических деталей с метал­ лическими используют сплав из 40% серебра, 5% олова и 55% свинца. Чтобы увеличить механическую прочность, корпусы выпол­ няют из высокоглиноземистой керамической массы с металлизаци­ ей молибдено-марганцевой пастой. Кристаллодержатель 1 и верх­ ний фланец 4 изготавливают из сплава 29НК для получения согла­ сованного по ТК1 с керамической втулкой спая. На кристаллодер­ жатель напаивают кристалл 6 с использованием компенсатора или без него. Верхний вывод 5 от кристалла осуществляют никелевой золоченой плющенкой.

Все конструкции корпусов туннельных диодов с гибкими выво­ дами обладают значительным термосопротивлением, что однако не является лимитирующим фактором из-за малых рабочих мощностей диодов. Окончательную герметизацию корпуса осуществляют пу­ тем электроконтактной сварки крышки 3 из никеля или ковара с фланцем 4 корпуса. Крышку изготавливают штамповкой с релье­ фом под электроконтактную сварку. Для уменьшения опасности попадания выплесков металла при сварке между крышкой и верх­ ним выводом помещают прокладку 2 из поролона.

Для увеличения механической прочности прибора контактную поверхность плющенки отделяют от верхнего вывода.

На рис. 11.14,6 представлена конструкция корпуса 3—16 для туннельных диодов, используемых в полосковых линиях. В этой кон­ струкции отсутствуют гибкие внешние выводы. Корпус выполняют в виде плоской таблетки на основе спая металлических деталей (кристаллодержателя 1 и фланца 3) с керамической втулкой 2. На кристаллодержатель напаивают полупроводниковый кристалл 6, верхний вывод 5 которого присоединяют к фланцу 5. При оконча­ тельной герметизации крышку 4 приваривают к основанию флан­ ца 3.

Основные параметры конструкций корпусов для туннельных диодов приведены в табл. 11.6.

324

§ 11.5. Корпусы транзисторов и тиристоров

Значительную часть корпусов полупроводниковых приборов как по объему производства, так и по количеству типономиналов со­ ставляют конструкции для транзисторов, которые как правило со­

и баллон герметично соединяют электроконтактной сваркой, холод­ ной сваркой и пайкой. Электроконтактная сварка начинает зани­ мать преобладающее место при окончательной герметизации кор­ пусов полупроводниковых приборов.

По сравнению с холодной сваркой электроконтактная сварка имеет следующие преимущества:

1)более высокую надежность благодаря совершенному метал­ лостеклянному спаю и отсутствию значительных нагрузок на спай при герметизации;

2)меньшие габариты и вес конструкции;

3)точные геометрические формы корпуса, который деформиру­ ется при герметизации, что облегчает использование специальных теплоотводящих устройств;

4)высокой производительностью процесса сварки.

Ножка конструкции корпуса состоит из фланца (основания нож­ ки), одного или нескольких изоляторов и выводов. Баллон служит только для окончательной герметизации и представляет собой ме­ таллическую деталь в виде чашечки с буртиком. Для мощных тран­ зисторов используют конструкции корпусов с выводами вверх по типу корпусов мощных диодов. В этом случае металлостеклянный или металлокерамический спай переходит в баллон, а ножка явля­ ется обычным кристаллодержателем.

На рис. 11.15 представлена конструкция металлостеклянного корпуса 4—1а, которая предназначена в основном для микромодульных маломощных (50—150 мет) транзисторов. Выводы корпу­ са имеют двухзвенную конструкцию, что позволяет при монтаже на микромодульные платы без повреждения спаев ножки изгибать вы­ воды в непосредственной близости от места металлостеклянного спая. Ножка корпуса представляет собой металлостеклянные спаи фланца 1, выводов 2 и стеклобус 7. Для обеспечения согласован­ ного металлостеклянного спая фланец и выводы изготавливают из сплава 29НК, а стеклобусы — из стекла С49-2. Фланец выполняют штамповкой из листового ковара с разгрузочной канавкой для ограничения деформации при окончательной герметизации корпуса холодной сваркой. Район деформации ограничивается зоной, непос­ редственно примыкающей к месту сварки, чтобы защитить от раз­ рушения металлостеклянные спаи ножки, а также не допустить Деформации кристалла полупроводника. Базовый вывод корпуса б приваривают к фланцу 1 ударной конденсаторной сваркой перед сборкой ножки с изолированными выводами. Базовый вывод может быть выполнен из сплава 29НК или из никеля. Баллон кор­ пуса 5 изготавливают из стали 10 или из никеля. Кристалл 4

325

с р-н-переходами и токоведущими контактами 3 напаивают на кристаллодержатель. Токоведущие контакты присоединяют к внешним выводам 2 электроконтактной сваркой. Для подготовки к холодной сварке ножку и баллон никелируют.

Типовой технологический процесс создания подобной конструк­ ции состоит из следующих операций: изготовление металлических деталей и стеклобус, подготовка их к получению металлостеклян­ ных спаев, нанесение гальванического покрытия и окончательная герметизация корпусов холодной сваркой. Никелевые и коваровые выводы делают из проволоки диаметром 0,3—0,5 мм, а иногда (для мощных приборов) большего диаметра. Фланец и баллон штампу-

Рис. 11.15. Конструкция корпуса для малогабаритного транзистора с мощностью рассеяния 50— 150 мет

ют из ленты методом холодной штамповки на последовательных штампах с автоматической подачей; причем готовую деталь полу­ чают после выхода на режим за один ход пресса. Стеклобусу изго­ тавливают из стеклянного капилляра С49-2 групповой резкой на­ клеенных на планшайбу глифталиевой замазкой заготовок на стан­ ках алмазной или проволочной резки. Выполнение спаев проводят в металлографитовых кассетах в конвейерной печи.

Окончательную герметизацию приборов проводят на полуавто­ мате холодной сварки. В зависимости от условий эксплуатации в данной конструкции могут быть использованы однозвенные вы­ воды.

В этой конструкции выпускают микромодульные транзисторы ТМ2—ТМ11 и транзисторы ГТ108, ГТ309.

На рис. 11.16 показана конструкция корпуса 4—16 для мало­ мощных (до 300 мет без специального теплоотвода) транзисторов,

326

герметизируемых электроконтактной сваркой. Ножку корпуса вы­ полняют на основе спая стеклотаблетки 2 из стекла С48-2 с отвер­ стиями для выводов и фланца 1 из тонкостенного листового ковара чашечной конструкции.

В зависимости от условий применения у ножки может быть от двух до четырех выводов 7. При этом один из выводов может быть базовым 6. В некоторых случаях все четыре вывода могут быть изолированными. Благодаря удачной конструкции металлостеклян­ ного узла, имеющего большую протяженность спая и большой объ­ ем стекломассы, ножка обладает хорошей механической прочностью и большой надежностью. Конструкцию с двумя выводами исполь­ зуют для стабилитронов, генераторов шума и варикапов с мощ­ ностью рассеяния до 300—500 мвт\ с четырьмя выводами — для вы-

Рис. 11.16. Конструкция корпуса для малогабаритных тран­ зисторов с мощностью рассеяния до 300 мет

сокочастотных транзисторов и оптоэлектронных приборов; с тремя выводами — для транзисторов и тиристоров. Изменение количества выводов не требует никакой специальной оснастки. Фланец ножки при штамповке за счет сменных пуансонов может иметь любое чис­ ло отверстий для выхода изолированных выводов. Стеклотаблетку изготавливают с четырьмя отверстиями для выводов по порошко­ вой технологии или литьем с последующим выжиганием связки и спеканием. Для изготовления ножек с разным числом выводов необходим всего один комплект оснастки.

Металлические детали корпуса в зависимости от типа прибора имеют никелевое или золотое покрытие. Наружные концы выводов Для удобства монтажа в аппаратуре облуживают. Ножка корпуса Удобна для монтажа кристаллов 5 с различными типами д-п-пере- ходов; причем выводы 4 от кристалла могут быть присоединены к выводам ножки электроконтактной сваркой, пайкой или термо­ компрессионной сваркой. Для уменьшения емкости коллектор — база ножка корпуса может иметь выборку во фланце 1, заполнен­ ную стеклоизолятором. При этом кристалл прибора напаивают на

327