RU2375786C1 - LEAD-FREE METHOD OF CONTACT-REACTION SOLDERING SEMICONDUCTOR CHIP TO HOUSING WITH FORMATION OF Al-Zn EUTECTIC - Google Patents
LEAD-FREE METHOD OF CONTACT-REACTION SOLDERING SEMICONDUCTOR CHIP TO HOUSING WITH FORMATION OF Al-Zn EUTECTIC Download PDFInfo
- Publication number
- RU2375786C1 RU2375786C1 RU2008117205/28A RU2008117205A RU2375786C1 RU 2375786 C1 RU2375786 C1 RU 2375786C1 RU 2008117205/28 A RU2008117205/28 A RU 2008117205/28A RU 2008117205 A RU2008117205 A RU 2008117205A RU 2375786 C1 RU2375786 C1 RU 2375786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- soldering
- lead
- eutectic
- crystal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий (ППИ) и может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпусе полупроводниковых приборов путем бессвинцовой пайки.The invention relates to the field of manufacturing semiconductor products (PPI) and can be used in the assembly of silicon crystals in the body of semiconductor devices by lead-free soldering.
В связи с действием директивы Европейского Союза RoHS (Restriction of Hazardous Substances), которая ограничивает использование свинца в новом электрическом и электронном оборудовании, разработка способов сборки полупроводниковых изделий методом пайки припоями без свинца в настоящее время является основной экологической проблемой микроэлектроники.In connection with the European Union’s RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive, which restricts the use of lead in new electrical and electronic equipment, the development of methods for assembling semiconductor products by lead-free soldering is currently the main environmental problem in microelectronics.
Существуют различные способы бессвинцовой пайки кристаллов к основаниям корпусов. Например, известен способ [1] монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса, по которому на алюминий на паяемой стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают из условия получения необходимой толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово.There are various methods for lead-free soldering of crystals to the bases of the housings. For example, there is a method [1] for mounting large-sized semiconductor crystals in a housing, in which zinc is applied to aluminum on the soldered side of the crystal, and soldered to the base of the housing coated with tin, and the thickness of the zinc and tin layers is selected from the conditions for obtaining the required thickness of the soldered seam and the formation of a eutectic zinc-tin alloy.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость операции нанесения цинка (как напылением, так и гальваническим и химическим методами).The disadvantage of this method is the high complexity of the operation of applying zinc (both by spraying and by galvanic and chemical methods).
Известен способ [2] монтажа БИС с использованием припоя на основе цинка, по которому на паяемую поверхность кристалла напыляют алюминий, а затем проводят пайку к корпусу, покрытому припоем цинк-алюминий-германий (ЦАГ).There is a method [2] for mounting an LSI using zinc-based solder, in which aluminum is sprayed onto the soldered surface of the crystal, and then soldered to a casing coated with zinc-aluminum-germanium (TsAG) solder.
Основной недостаток данного способа - высокая трудоемкость изготовления ППИ, заключающаяся в изготовлении сплава ЦАГ и нанесении его на монтажную площадку корпуса методом электрического взрыва фольги, что требует использования специального дорогостоящего оборудования.The main disadvantage of this method is the high complexity of manufacturing PPI, which consists in the manufacture of a TsAG alloy and applying it to the mounting pad of the case by the method of electric foil explosion, which requires the use of special expensive equipment.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ [3] бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу, включающий нанесение алюминия и олова на паяемые поверхности соответственно кристалла и корпуса. При сборке между кристаллом и корпусом размещают фольгу из цинка. Пайка осуществляется в водороде или формир-газе при температуре 382-419°С (температура плавления цинка составляет 419°С). Нагрев при данной температуре способствует образованию эвтектических соединений Sn-Zn со стороны корпуса (температура эвтектики 200°С) и Al-Zn со стороны кристалла (температура эвтектики 382°С).Closest to the claimed method according to the technical essence is the method [3] of lead-free contact-reactive soldering of a semiconductor crystal to the housing, including applying aluminum and tin to the brazed surfaces of the crystal and the housing, respectively. During assembly, zinc foil is placed between the crystal and the body. Soldering is carried out in hydrogen or formir gas at a temperature of 382-419 ° C (the melting point of zinc is 419 ° C). Heating at this temperature promotes the formation of Sn-Zn eutectic compounds from the side of the casing (eutectic temperature 200 ° C) and Al-Zn from the crystal side (eutectic temperature 382 ° C).
Основным недостатком данного способа является сравнительно низкая предельно допустимая температура нагрева (до 200°С) некоторых типов ППИ при их эксплуатации, что недопустимо для приборов, работающих при более высоких температурах, например диодов Шоттки на основе карбида кремния.The main disadvantage of this method is the relatively low maximum permissible heating temperature (up to 200 ° C) of some types of PPI during their operation, which is unacceptable for devices operating at higher temperatures, for example, silicon carbide-based Schottky diodes.
Основной целью разработанного способа является: снижение трудоемкости изготовления и повышение предельно допустимой температуры нагрева ППИ при их эксплуатации.The main objective of the developed method is: reducing the complexity of manufacturing and increasing the maximum allowable temperature for heating PPI during their operation.
Эта цель достигается тем, что в способе бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn, включающем нанесение алюминия и олова на паяемые поверхности соответственно кристалла и корпуса и размещение между кристаллом и корпусом фольги из цинка и пайку к основанию корпуса, с целью снижения трудоемкости изготовления и повышения предельно допустимой температуры нагрева ППИ при их эксплуатации, на основание корпуса наносят алюминиевую металлизацию, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя состава 20Zn/80Sn (вес.%), а пайку проводят в защитной среде при температуре 420-430°С.This goal is achieved by the fact that in the method of lead-free contact-reactive soldering of a semiconductor crystal to the body with the formation of an Al-Zn eutectic, including the deposition of aluminum and tin on the soldered surfaces of the crystal and the body, respectively, and placing zinc foil between the crystal and the body and soldering to the base of the body , in order to reduce the complexity of manufacturing and increase the maximum permissible temperature for heating PPI during their operation, aluminum metallization is applied to the base of the case, between the crystal and the case once solder foil of composition 20Zn / 80Sn (wt.%) is placed, and soldering is carried out in a protective medium at a temperature of 420-430 ° C.
Пайка при данной температуре способствует образованию эвтектических соединений Al-Zn (температура эвтектики 382°С) как со стороны кристалла, так и корпуса.Soldering at this temperature promotes the formation of Al-Zn eutectic compounds (eutectic temperature 382 ° С) both from the side of the crystal and from the body.
Олово, входящее в состав припоя при данной температуре пайки, практически не взаимодействует с алюминиевой металлизацией кристалла и корпуса, так как растворимость олова в алюминии составляет около 0,1 вес.%. По известным данным для сплавов алюминий-олово растворимость алюминия в олове в твердом состоянии до сих пор точно не определена.Tin, which is part of the solder at a given soldering temperature, practically does not interact with the aluminum metallization of the crystal and the body, since the solubility of tin in aluminum is about 0.1 wt.%. According to known data for aluminum-tin alloys, the solubility of aluminum in tin in the solid state has not yet been precisely determined.
Нагрев при пайке в интервале температур 420-430°С способствует лучшему смачиванию припоем паяемых алюминиевых пленок кристалла и основания корпуса. Нагрев при температуре выше 430°С может вызвать необратимые процессы в структуре кристалла.Heating during soldering in the temperature range 420-430 ° C contributes to better wetting of the brazed aluminum films of the crystal and the base of the case with solder. Heating at temperatures above 430 ° C can cause irreversible processes in the crystal structure.
Примером бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn может служить сборка полевых транзисторов в корпус КТ-43В. На паяемую поверхность полупроводникового кристалла в составе пластины по известной технологии наносят пленку алюминия.An example of lead-free contact-reactive soldering of a semiconductor crystal to a case with the formation of an Al-Zn eutectic is the assembly of field-effect transistors in a KT-43V case. An aluminum film is deposited on a brazed surface of a semiconductor crystal in a wafer composition by a known technique.
Медная выводная рамка корпуса КТ-43В на 10 кадров по известной технологии покрывается гальваническим алюминием. Выводные рамки фиксируют в кассете, а на основания корпусов в ориентированном положении размещают фольгу припоя состава 20Zn/80Sn (вес.%) заданного размера и кристалл.The copper output frame of the KT-43V case for 10 frames is coated with galvanic aluminum using well-known technology. The lead-out frames are fixed in the cassette, and a solder foil of composition 20Zn / 80Sn (wt.%) Of a given size and a crystal are placed on the base of the cases in an oriented position.
Проведены эксперименты по напайке кристаллов полевых транзисторов на основания корпусов КТ-43В в формир-газе на установке ЭМ-4085-14М при температуре 420-430°С. При данной температуре происходит контактно-реактивное взаимодействие цинка, входящего в состав припоя, с алюминиевой металлизацией кристалла и корпуса с образованием эвтектики Al-Zn (382°C).Experiments were carried out on soldering crystals of field-effect transistors on the bases of KT-43V housings in formir gas using an EM-4085-14M unit at a temperature of 420-430 ° С. At this temperature, there is a contact-reactive interaction of zinc, which is part of the solder, with aluminum metallization of the crystal and the body with the formation of the Al-Zn eutectic (382 ° C).
После пайки оценивалась прочность соединений на сдвиг (согласно ГОСТ В 28146-89), а также проведен анализ паяных швов по рентгенограммам и по шлифам. Установлено, что качество паяных соединений кристаллов с основанием корпусов соответствует требованиям, предъявляемым к сборке силовых полупроводниковых приборов.After soldering, the shear strength of the joints was evaluated (according to GOST B 28146-89), as well as the analysis of soldered joints by x-rays and thin sections. It was established that the quality of the soldered joints of the crystals with the base of the cases meets the requirements for the assembly of power semiconductor devices.
Данное паяное соединение повышает (до 382°С) предельно допустимую температуру нагрева ППИ при эксплуатации. Это особенно важно для силовых полупроводниковых приборов, работающих при высоких температурах, например диодов Шоттки на основе карбида кремния.This solder joint increases (up to 382 ° C) the maximum permissible temperature for heating PPI during operation. This is especially important for power semiconductor devices operating at high temperatures, such as silicon carbide-based Schottky diodes.
Таким образом, использование предлагаемого способа бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: снижает трудоемкость изготовления и повышает предельно допустимую температуру нагрева ППИ при их эксплуатации.Thus, the use of the proposed method of lead-free contact-reactive soldering of a semiconductor crystal to the case with the formation of an Al-Zn eutectic provides the following advantages compared to existing methods: it reduces the complexity of manufacturing and increases the maximum permissible temperature for heating PPI during their operation.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 2212730 С2, H01L 21/52. Способ монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса / Зенин В.В. (RU), Беляев В.Н. (RU), Сегал Ю.Е. (RU). Опубл. 20.09.2003. Бюл. №26. 3 с.1. Patent RU 2212730 C2, H01L 21/52. The method of mounting large-sized semiconductor crystals in the case / V. Zenin (RU), Belyaev V.N. (RU), Segal Yu.E. (RU). Publ. 09/20/2003. Bull. No. 26. 3 sec
2. Монтаж кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка / К.В.Маслова, С.О.Мохте, О.В.Панкратов и др. // Электронная промышленность. - 1989. - №6. - С.24-26.2. Installation of LSI crystals using solder based on zinc / K.V. Maslova, S.O. Mokhte, O.V. Pankratov and others // Electronic industry. - 1989. - No. 6. - S.24-26.
3. Патент RU 2313156 C1, H01L 21/52. Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу / Зенин В.В. (RU), Бокарев Д.И. (RU), Рягузов А.В. (RU), Кастрюлев А.Н. (RU), Хишко О.В. (RU). Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35. 4 с.3. Patent RU 2313156 C1, H01L 21/52. The method of lead-free contact-reactive soldering of a semiconductor crystal to the housing / Zenin V.V. (RU), Bokarev D.I. (RU), Ryaguzov A.V. (RU), Kastryulev A.N. (RU), Khishko O.V. (RU). Publ. 12/20/2007. Bull. Number 35. 4 sec
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117205/28A RU2375786C1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | LEAD-FREE METHOD OF CONTACT-REACTION SOLDERING SEMICONDUCTOR CHIP TO HOUSING WITH FORMATION OF Al-Zn EUTECTIC |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008117205/28A RU2375786C1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | LEAD-FREE METHOD OF CONTACT-REACTION SOLDERING SEMICONDUCTOR CHIP TO HOUSING WITH FORMATION OF Al-Zn EUTECTIC |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2375786C1 true RU2375786C1 (en) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008117205/28A RU2375786C1 (en) | 2008-04-29 | 2008-04-29 | LEAD-FREE METHOD OF CONTACT-REACTION SOLDERING SEMICONDUCTOR CHIP TO HOUSING WITH FORMATION OF Al-Zn EUTECTIC |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2375786C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460168C2 (en) * | 2009-12-31 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of soldering silicon carbide-based chips |
-
2008
- 2008-04-29 RU RU2008117205/28A patent/RU2375786C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2460168C2 (en) * | 2009-12-31 | 2012-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of soldering silicon carbide-based chips |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6673310B2 (en) | Solder material, device using the same and manufacturing process thereof | |
| US20060065387A1 (en) | Electronic assemblies and methods of making the same | |
| KR20040090452A (en) | Conductor substrate, semiconductor device and production method thereof | |
| JP2801793B2 (en) | Tin-plated copper alloy material and method for producing the same | |
| US11450642B2 (en) | Soldering a conductor to an aluminum metallization | |
| Kulojärvi et al. | Effect of dissolution and intermetallic formation on the reliability of FC joints | |
| US20130299868A1 (en) | Dry flux bonding device and method | |
| US6815088B2 (en) | Copper preservative treatment | |
| RU2375786C1 (en) | LEAD-FREE METHOD OF CONTACT-REACTION SOLDERING SEMICONDUCTOR CHIP TO HOUSING WITH FORMATION OF Al-Zn EUTECTIC | |
| US4260451A (en) | Method of reworking substrates, and solutions for use therein | |
| Kim et al. | Fluxless Sn–Ag bonding in vacuum using electroplated layers | |
| Wu et al. | Bonding silicon chips to aluminum substrates using Ag–In system without flux | |
| RU2379785C1 (en) | Method for lead-free contact-reaction soldering semiconductor chips to housing | |
| Vaynman et al. | Some fundamental issues in the use of Zn-containing lead-free solders for electronic packaging | |
| JP5310309B2 (en) | Solder coat lid | |
| RU2313156C1 (en) | Method for lead-free resistance-reactance soldering of semiconductor chip to package | |
| RU2460168C2 (en) | Method of soldering silicon carbide-based chips | |
| JPH09186161A (en) | Formation of solder bump on semiconductor device | |
| RU2278444C1 (en) | Method for lead-free soldering of semiconductor chip to case | |
| RU2212730C2 (en) | Method for installation and of large semiconductor chips in packages | |
| JPS61198507A (en) | Composite material for electronic component and manufacture | |
| Joseph et al. | Corrosion problems in electronic systems | |
| EP1008675A1 (en) | Copper pretreatment for tin solder alloy deposition | |
| US20140374470A1 (en) | Soldering method and method of manufacturing semiconductor device | |
| RU2480860C2 (en) | System to attach semiconductor crystal to body base |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120430 |