Файл: Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие.pdf

Графитовая кассета (рис. 22, б), предназначенная для пайки германиевого кристалла 11 к кристаллодержателю 9, состоит из ос­ нования 6, верхней 2 и нижней 8 пробок. При сборке соосность крис­ талла и кристаллодержателя обеспечивается проточкой на верхней пробке. Также центрируется и кольцо припоя 10. После пайки кас­ сету разбирают и извлекают из нее кристаллы с припаянными кристаЛлодержателями. В кассетах такой конструкции не бывает брака из-за короткого замыкания эмиттерных и базовых электро­ дов.

Рис. 22. Кассеты для изготовления сплавных транзисторов:

няют в основном при изготовлении сплавно-диффузионных прибо­ ров. В качестве кассеты в этом случае, используют графитовую под­ ложку или лодочку, на которую укладывают пластины с загружен­ ными электродами. Так как размеры электродных навесок малы, их укладка, выполняемая к тому же под микроскопом, очень трудо­ емкая операция. Механизировать операцию укладки довольно трудно.

Рассмотрим сборку электронно-дырочных переходов при изго­ товлении сплавных германиевых транзисторов МП13 —МП16 и ГТ108. Для получения эмиттера и коллектора в транзисторах МП13—МП16 применяют навески индия в виде шариков диамет­ ром 400 и 700 мкм, а в транзисторах ГТ108 — электродные заготов­ ки в виде дисков диаметром 300 и 400 мкм.

При работе с шариками используют групповой инструмент (рис. 23), состоящий из нескольких приспособлений и позволяющий выполнять одновременную сборку деталей для 30 переходов Все приспособления выполнены в единой координатной сетке с шагом

6,4 мм.

42

гнезда графитовой кассеты, для чего, насыпав на приспособление кристаллы 3, слегка покачивают его так, чтобы они запали в гнезда. Лишние кристаллы усыпают, а на приспособление накладывают

43

нижний корпус 1 графитовой кассеты, фиксируя его по штифтам и, перевернув сборку, переводят кристаллы в кассету (рис. 23, й и б ) . Затем кассету накрывают верхним корпусом 4 (рис. 23, в), кото­ рый не позволяет выпасть кристаллам из гнезд и служит для загруз­ ки коллекторных шариков через конусные отверстия. Кассету с кри­ сталлами совмещают со вторым приспособлением 5 (рис. 23, виг ) , в каждом отверстии которого находится по одному шарику 6. При смещении заслонки 7, шарики проваливаются на кристаллы. Затем загрузочное приспособление снимают, а кассету помещают в печь и выполняют сплавление (загрузка шариков в отверстия приспособ­ ления 5 основана на том же принципе, что и загрузка кристаллов).

После этого при помощи аналогичного приспособления 8 загру­

кассету раскрывают и переносят кристаллы с р—«-переходами в. металлическую, совмещая и переворачивая кассеты.

Перед пайкой к кристаллодержателям, которая ведется под гру­ зиками 11 (рис. 2 1 , ж), на кристаллы укладывают оловянные кольца припоя, а на них — кристаллодержатели. Собранную из двух частей Ю и 13 металлическую кассету с р—«-переходами 14, кольцами припоя 15 и кристаллодержателями 12 помещают в конвейерную' печь. Загрузку кристаллодержателей ведут на специальном приспо­ соблении с помощью вибробункера.

Для бескассетной загрузки электродов диаметром 0,3 и 0,4 мм была разработана автоматическая установка (рис. 24). Ленту элект­ родного сплава закрепляют в устройстве, обеспечивающем ее пере­ мещение по мере выгрузки заготовок, которая производится обыч­ ным способом при помощи пуансонов и матриц. Заготовки остаются в матрицах и вместе с ними перемещаются на позицию загрузки.. Сюда же вибробункером и специальным устройством подаются кристаллы 5. К кристаллу на позиции загрузки подходят две кару­ сели 3 и 8 с заготовками 4 и 10, расположенными в матрицах, и фторопластовыми выталкивателями 2 и 9, которые одновременно прижимают заготовки к кристаллу. Вследствие поверхностной адге­ зии сплав прилипает к германию, загруженные кристаллы сни­ маются с фиксирующего устройства и укладываются на графито­ вые подложки, а затем поступают в печь, где производится сплавление.

Кристаллы и электродные сплавы, а также металлические дета­ ли установки должны быть совершенно чистыми, что является ос­ новным условием надежного сцепления, эмиттерных и коллекторных; заготовок с кристаллами.

§ 17. Технологический процесс сплавления

Рассмотрим процесс изготовления электронно-дырочных перехо­ дов на примере транзистора П2 1 2 . Сплавление электродов выполня­ ют в три стадии (рис. 25).

44

На первой стадии коллектор (индий — золото — галлий) сплав­ ляют в прямонакальной водородной печи ЖК 40.04. Электродные за­ готовки укладывают по центру кристаллов германия (рис. 25, а) и на графитовой подложке помещают в рабочую зону печи. После продувки рабочего канала печи азотом подают водород, поджигая его на выходе из запальника. В течение 5 мин температуру в рабо­ чей зоне печи доводят до 300° С и выдерживают кристаллы при этой температуре в течение 5 мин. Затем в течение 5 мин доводят темпе-

ратуру в зависимости от толщины кристаллов до 530—550° С и вы­ держивают ее 2 мин. Выключив нагрев, снижают температуру до окружающей, обдувая печь сжатым воздухом.

Прежде чем извлечь подложки с кристаллами печь в соответст­ вии с правилами техники безопасности продувают азотом.

Технологический процесс сплавления можно проводить также в конвейерной водородной установке ЖК 40.07 по режиму, приведен­ ному в табл. 8 .

После разбраковки кристаллов с коллекторными электродами (рис. 25, б) выполняют вторую стадию—-сплавление эмиттера (рис. 25, в иг ) , для чего используют сплав индий — золото и одно­ временно припаивают кристалл к кристаллодержателю, служаще­ му базовым выводом (рис. 25, д). Для пайки базового вывода при­ меняют кольцо из чистого олова.

45

На третьей стадии эмиттерные электроды и базовые выводы сплавляют в графитовых кассетах, которые также используют для сплавления эмиттерного вывода (рис. 25, е). Для этого, не разби­ рая кассет, вставляют вывод, изготовленный из никеля и предвари­ тельно покрытый индием, через отверстие в верхней пробке. Сплавление ведут в конвейерной печи ЖК 40.07 при температуре 430° С в атмосфере водорода. После этого кассеты разгружают и выполняют визуальную разработку переходов.

Сплавление коллектора и эмиттера можно выполнять также в вакуумных термических установках, однако они не производитель­ ны и мало пригодны для серийного производства.

На качество сплавления существенно влияет максимальная тем­ пература нагрева, скорость ее подъема, время выдержки и скорость охлаждения. Для выбора режима необходимо знать температурную зависимость растворимости полупроводника в электродном ма­

разброса кристаллов по толщине. Ровный и плоский фронт сплав­ ления, обеспечивающий максимальный выход годных электронно­ дырочных переходов, получают при ступенчатом подъеме темпера­ туры и быстром охлаждении кристаллов. Обычно режимы сплавле­ ния подбирают опытным путем.

§ 18. Контроль качества сплавления

Оценка качества р — «-переходов сводится к визуальному контролю кристаллов, проверке формы их вольтамперной характе­ ристики и величины статического коэффициента передачи тока Й21Е. Качество сплавления характеризуется также для транзис-

46