RU2336594C1 - Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса - Google Patents
Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2336594C1 RU2336594C1 RU2007110594/28A RU2007110594A RU2336594C1 RU 2336594 C1 RU2336594 C1 RU 2336594C1 RU 2007110594/28 A RU2007110594/28 A RU 2007110594/28A RU 2007110594 A RU2007110594 A RU 2007110594A RU 2336594 C1 RU2336594 C1 RU 2336594C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lower side
- soldered seam
- crystal
- solid state
- wires
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области изготовления БИС и СБИС, имеющих большую площадь кристаллов, путем бесфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формир-газе и др. Оно может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусы силовых полупроводниковых приборов путем пайки различными припоями. Сущность изобретения - система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса содержит кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва. Буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона сетки представляет собой набор проволок из меди, а верхняя сторона - проволоки из Мо, W или их сплавов, при этом нижняя сторона сетки размещена в канавках основания корпуса, которые имеют форму равнобочных трапеций с размером в нижней части 1,0d, в верхней 1,2d и глубиной 1,0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны сетки, а диаметр проволок верхней стороны сетки выбран из условия получения заданной толщины паяного шва. Изобретение позволяет обеспечить снижение непропаев в паяном шве, повышение прочности паяного соединения, улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу, снижение термических напряжений в системе кристалл - паяный шов - корпус. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области изготовления БИС и СБИС, имеющих большую площадь кристаллов, путем бесфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формир-газе и др. Оно может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпуса силовых полупроводниковых приборов путем пайки различными припоями.
Разработка способов монтажа полупроводниковых кристаллов большой площади к основаниям корпусов ИЭТ - это актуальная задача, на решение которой направлены усилия всех специалистов, работающих в области полупроводниковой микроэлектроники.
Существуют различные способы пайки полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов.
Известен способ пайки /1/ полупроводникового кристалла к корпусу, по которому между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя, а пайку проводят в среде водорода или в вакууме.
К недостаткам данного способа следует отнести неизбежность образования пустот и непропаев в паяном шве, особенно при пайке кристаллов большой площади, что уменьшает прочность паяного соединения. Кроме того, паяный шов, формируемый с использованием фольги припоя большой толщины, ухудшает теплоотвод от кристалла к корпусу.
Известен /2/ корпус электронного прибора с каналом снятия напряжений. Для согласования температурных коэффициентов линейного расширения корпуса и кристалла между ними размещается термокомпенсатор из Мо, W или стали, плакированной медью, толщиной более 0,25 мм. При этом на дне основания корпуса сформирована замкнутая трапециевидная канавка глубиной 20-40% его толщины.
Недостатком данной конструкции является получение паяных швов толщиной более 0,25 мм, что ухудшает теплоотвод от кристалла к корпусу. Кроме того, замкнутая канавка способствует появлению непропаев в паяном шве из-за нарушения капиллярного течения припоя при пайке.
Наиболее близким по технической сущности заявляемого изобретения является металлическая система для монтажа полупроводникового кристалла на основание корпуса /3/, заключающаяся в том, что для преодоления несогласованности материалов кристалла и основания корпуса по величине их температурных коэффициентов линейного расширения в полость помещается буферный элемент (термокомпенсатор) в виде прямоугольной пластинки из Мо, W или их сплавов с Cu, покрытой слоем Ni или Со. Элемент монтируется в полость пайкой или сваркой, а кристалл крепится на нем стеклоадгезивом с Ag-наполнителем.
Основным недостатком данной конструкции является повышение трудоемкости производства полупроводниковых изделий, связанных с креплением термокомпенсатора. Кроме того, прямоугольная форма термокомпенсатора ухудшает затекание расплавленного припоя, что приводит к появлению пустот. Более того, однородный материал термокомпенсатора не позволяет существенно снизить термические напряжения в системе кристалл - паяный шов - корпус.
Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, - это снижение непропаев в паяном шве; повышение прочности паяного соединения; улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу; снижение термических напряжений в системе кристалл - паяный шов - корпус.
Эта задача достигается тем, что в системе монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса, содержащей кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва, с целью снижения непропаев в паяном шве, повышения прочности паяного соединения, улучшения теплоотвода от кристалла к корпусу, снижения термических напряжений в системе кристалл - паяный шов - корпус буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона сетки представляет собой набор проволок из меди, а верхняя сторона - проволоки из Мо, W или их сплавов, при этом нижняя сторона сетки размещена в канавках основания корпуса, которые имеют форму равнобочных трапеций с размером в нижней части 1,0d, в верхней 1,2d и глубиной 1,0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны сетки, а диаметр проволок верхней стороны сетки выбран из условия получения заданной толщины паяного шва.
Сравнение заявляемой системы монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса с другими системами /1-3/ из известного уровня техники также не позволило выявить в них признаки заявляемые в отличительной части формулы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематично изображены:
на фиг.1 - схема сборки кристалла с основанием корпуса перед пайкой;
на фиг.2 - схема паяного соединения кристалла с основанием корпуса с помощью разработанной системы.
Примером использования системы монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса может служить сборка кремниевых кристаллов (температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) α=2,3·10-6 К-1) к основаниям медных корпусов (α=16,6·10-6 К-1). На паяемую поверхность кристалла в составе пластины по известной технологии наносят пленочную металлизацию. Для сборки используются корпусы с канавками в виде равнобочных трапеций. Буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона сетки представляет собой набор проволок из меди (α=16,6·10-6 К-1), а верхняя сторона - проволоки из Мо (α=5,9·10-6 К-1), W (α=4,3·10-6 К-1) или их сплавов.
Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса реализуется по схеме (фиг.1-2), содержащей основание 1 с канавками 2 в виде равнобочных трапеций, в которые вставляется нижняя сторона сетки, имеющая проволоки 3. На верхнюю сторону сетки из проволок 4, диаметр которых определяет заданную толщину паяного шва, размещают навеску припоя 5, а затем кристалл 6.
Сетка изготовлена из различных материалов. Например, для монтажа кремниевого кристалла на основание медного корпуса нижняя сторона сетки представляет собой набор проволок 3 из меди, а верхняя сторона - проволоки 4 из Мо, W или их сплавов. При этом диаметр проволок 4 выбирают из условия получения заданной толщины паяного шва.
Фиксация кристаллов относительно корпусов осуществляется в прецизионных кассетах.
В процессе нагрева до температуры пайки припой заполняет ячейки сетки и канавки основания корпуса с образованием паяного шва 7 одинаковой толщины по всей площади кристалла.
Так как проволоки нижней стороны сетки вставляются в канавки, имеющие форму равнобочных трапеций, то существенно повышаются площадь и прочность паяного шва. Снижение остаточных напряжений в системе кристалл - паяный шов - корпус осуществляется за счет того, что буферный элемент выполнен в виде сетки из металлов с различными ТКЛР.
Улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу достигается формированием паяного шва определенной толщины.
Форма канавки в виде равнобочной трапеции с размером в верхней части, равном 1.2d, в нижней - 1.0d при глубине 1.0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны сетки (фиг.1-2) способствует полному заполнению канавки припоем и обеспечивает равномерность толщины паяного шва по всей площади с кристаллом (фиг.2).
Глубина канавки, равная 1.0 диаметру проволоки, исключает коробление верхней стороны сетки и способствует получению паяного шва заданной толщины.
Ширина канавки в нижней части, равная 1.0 диаметру проволоки нижней стороны сетки, обеспечивает центрирование сетки как в процессе сборки, так и при пайке.
Ширина канавки в верхней части, равная 1.2 диаметру проволоки нижней стороны сетки, способствует смачиванию пропоем всей поверхности проволоки и полному заполнению канавок основания корпуса припоем (фиг.2).
При термоциклировании напряжения сдвига в основном будут максимальными в местах пересечения проволок, что позволит свести к минимуму термические напряжения в кристалле.
Таким образом, использование предлагаемой металлической системы для монтажа полупроводникового кристалла к корпусу обеспечивает следующие преимущества:
1. Снижение непропаев в паяном шве;
2. Повышение прочности паяного соединения;
3. Улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу;
4. Снижение термических напряжений в системе кристалл - паяный шов - корпус.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2167469 (RU), Н01L 21/58. Способ пайки полупроводникового кристалла к корпусу. / Ю.Е.Сегал, В.В.Зенин, Ю.Л.Фоменко, Б.А.Спиридонов, А.А.Колбенков (RU). - Опубл. в БИ, 2001, №14.
2. Корпус электронного прибора с каналом снятия напряжений. Electronic package with stress relief channel: Пат. 5315155 США, МКИ5 Н01L 23/02 / O'Donnelly Brian E., Mravic Brian, Crane Jacob, Mahulikar Deepak; Olin Corp. - №912535; Заявл. 13.07.92; Опубл. 24.05.94; НКИ 257/711.
3. Металлическая система для посадки полупроводникового кристалла. Metal system for semiconductor die attach: Пат. 5105258 США, МКИ5 Н01L 39/02 / Silvis Duane С., Chaudhry Udey, Eckert James R., Mischen Edward J.; Motorola, Inc. - №616970; Заявл. 21.11.90; Опубл. 14.04.92; НКИ 357/71.
Claims (1)
- Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса, содержащая кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва, отличающаяся тем, что буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона сетки представляет собой набор проволок из меди, а верхняя сторона - проволоки из Мо, W или их сплавов, при этом нижняя сторона сетки размещена в канавках основания корпуса, которые имеют форму равнобочных трапеций с размером в нижней части 1,0d, в верхней - 1,2d и глубиной 1,0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны сетки, а диаметр проволок верхней стороны сетки выбран из условия получения заданной толщины паяного шва.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007110594/28A RU2336594C1 (ru) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007110594/28A RU2336594C1 (ru) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2336594C1 true RU2336594C1 (ru) | 2008-10-20 |
Family
ID=40041362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007110594/28A RU2336594C1 (ru) | 2007-03-22 | 2007-03-22 | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2336594C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480860C2 (ru) * | 2009-12-31 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
-
2007
- 2007-03-22 RU RU2007110594/28A patent/RU2336594C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480860C2 (ru) * | 2009-12-31 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8745841B2 (en) | Aluminum bonding member and method for producing same | |
| US4673772A (en) | Electronic circuit device and method of producing the same | |
| JP2004115337A (ja) | アルミニウム−セラミックス接合体 | |
| US7582964B2 (en) | Semiconductor package having non-ceramic based window frame | |
| JPH07211832A (ja) | 電力放散装置とその製造方法 | |
| EP1450401A1 (en) | Module structure and module comprising it | |
| JP2007173794A (ja) | はんだ離型層を備えた高性能の再加工可能なヒートシンクおよびパッケージング構造ならびに製造方法 | |
| CN100539008C (zh) | 半导体封装及其形成方法 | |
| JP2005011922A (ja) | ヒートシンクを備えた両面銅貼り基板、およびこれを用いた半導体装置 | |
| RU2336594C1 (ru) | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса | |
| JP2011230954A (ja) | セラミック部材とフィン付き放熱部材との接合体の製造方法 | |
| KR20100130960A (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 | |
| JP5467407B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合体 | |
| JP2007043196A (ja) | 電子回路装置 | |
| JP2007243106A (ja) | 半導体パッケージ構造 | |
| CN102254877B (zh) | 无金属底板功率模块 | |
| KR101774586B1 (ko) | 히트 싱크 부착 파워 모듈용 기판의 제조 방법, 히트 싱크 부착 파워 모듈용 기판 및 파워 모듈 | |
| JP2002009190A (ja) | セラミック基板及びその製造方法 | |
| JP2001298136A (ja) | ヒートシンク及び該ヒートシンク付き配線基板 | |
| JP3199028B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| RU2480860C2 (ru) | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса | |
| JP4121827B2 (ja) | モジュール構造体の製造方法 | |
| JP2008016813A (ja) | パワー素子搭載用基板およびパワー素子搭載用基板の製造方法並びにパワーモジュール | |
| JP2868007B1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JPS5821424B2 (ja) | 半導体材料支持用基板の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090323 |