Шахмаева А.Р., Казалиева Э.
МЕТОД ПРИСОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО КРИСТАЛЛА НА ОСНОВАНИЕ КОРПУСА *
Аннотация:
предложен метод присоединения кристалла на основание корпуса с использованием легкоплавкого припоя. Выявлена зависимость теплового сопротивления границы между кристаллом структуры транзистора и корпусом от режимов проведения технологических операций с целью повышения эксплуатационной надежности прибора
Ключевые слова:
мощный транзистор, тепловое сопротивление, кристалл, прибор, корпус
УДК 53
Шахмаева А.Р.
канд. техн. наук, доцент, кафедра теоретической и общей электротехники,
Дагестанский государственный технический университет
(г. Махачкала, Россия)
Казалиева Э.
м.н.с., лаб. физики низких температур и магнетизма,
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
«Институт физики им. Х.И. Амирханова» ДФИЦ РАН
(г. Махачкала, Россия)
МЕТОД ПРИСОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО
КРИСТАЛЛА НА ОСНОВАНИЕ КОРПУСА
Аннотация: предложен метод присоединения кристалла на основание корпуса с использованием легкоплавкого припоя. Выявлена зависимость теплового сопротивления границы между кристаллом структуры транзистора и корпусом от режимов проведения технологических операций с целью повышения эксплуатационной надежности прибора.
Ключевые слова: мощный транзистор, тепловое сопротивление, кристалл, прибор, корпус.
Тепловое электрическое состояние выявляет надежность эксплуатации мощных транзисторов, которое возникает в процессе присоединения кристалла к корпусу. Очень часто из-за образования скрытых дефектов (сколов, пустот, микротрещин) под кристаллом появляются участки с аномально высоким тепловым сопротивлением.
Если площадь кристалла больше, чем площадь дефектов, и не затрагивает активную часть структуры транзистора, то базовая часть изделия может иметь низкое тепловое сопротивление. И в дальнейшем, при длительной эксплуатации в экстремальных условиях термоциклических воздействий, подобные изделия могут оказаться ненадежными.
Основной причиной разрушительного отказа мощных транзисторов, которые работают в режиме коммутации больших токов, считается вторичный пробой, возникший в результате появления локальных участков структуры с аномально высокой температурой. При этом выявляется повышенное тепловое сопротивление границы между кристаллом структуры транзистора и корпусом, которое возникает в основном из-за дефектов в припое под кристаллом [1].
Метод присоединения кристалла мощного транзистора должен обеспечивать надежную прочность соединения, низкое тепловое сопротивление контакта и максимальный отвод тепла.
Для присоединения мощных полупроводниковых приборов существуют новые технологии на различных автоматизированных установках, исключающие недостатки операций сборки в среде водорода. Одной из них является автомат фирмы "ESEС". Присоединение кристаллов на медную выводную рамку TO-218, покрытую слоем никеля толщиной 4-5 мкм, осуществлялось на припой ПОС-5 на автомате "ESEC", движение кристалла в процессе пайки происходило по программируемой траектории и заданной амплитуде вибраций (притирки кристалла) по координатам. Определена зависимость толщины припоя под кристаллом от дозы припоя при различной амплитуде вибраций [2].
Результаты исследований присоединения кристаллов показало (рис. 1), что при малой дозе припоя 100 импульсов выход годных составляет 93–94%, а при дозе припоя более чем 150 импульсов 96–98%. А малая амплитуда вибраций кристалла в пределах 250 мкм не позволяет получить сплошное паяное соединение под кристаллом. При этом участки с пустотами по площади кристалла достигают 25-30% площади активной транзисторной структуры. Из-за этого возникает тепловая неустойчивость, происходит перегрев кристалла, которая приводит к повышению теплового сопротивления.
Таблица 1 - Зависимость толщины припоя (h) под кристаллом от дозы припоя (D) при различной амплитуде вибраций.
|
Толщина припоя (мкм) |
Доза припоя (имп) |
Амплитуда вибраций (мкм) |
% выхода годных |
Описание структуры паяного соединения |
|
15 |
100 |
250 |
93-94 |
отсутствует сплошное паяное соединение |
|
19-20 |
150 |
350 |
96-97,8 |
образует паяное соединение с небольшими дефектами |
|
22-30 |
200 |
500 |
96-98 |
образует бездефектное паяное соединение |
|
˃ 30 |
150 |
250 |
88-94 |
образуются локальные участки с пустотами |
При увеличении амплитуды вибраций по координатам более 500 мкм происходит эффективное растекание припоя за пределы активной структуры. При высоких значениях вибраций 350-500 мкм припой под кристаллом имеет однородную структуру и обеспечивает равномерное распространение теплового потока. Выход годных при этом составил 96–98%. Данный метод присоединения кристаллов, приводит к снижению переходного теплового сопротивления и повышению качества метода присоединения кристаллов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №9 (66) том 4
Ссылка для цитирования:
Шахмаева А.Р., Казалиева Э. МЕТОД ПРИСОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЕВОГО КРИСТАЛЛА НА ОСНОВАНИЕ КОРПУСА // Вестник науки №9 (66) том 4. С. 373 - 376. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/10082 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+