RU2460168C2 - Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния - Google Patents
Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460168C2 RU2460168C2 RU2009149796/28A RU2009149796A RU2460168C2 RU 2460168 C2 RU2460168 C2 RU 2460168C2 RU 2009149796/28 A RU2009149796/28 A RU 2009149796/28A RU 2009149796 A RU2009149796 A RU 2009149796A RU 2460168 C2 RU2460168 C2 RU 2460168C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystal
- diamond
- soldering
- housing
- chip
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии приборов силовой электроники на основе карбида кремния. Сущность изобретения: способ пайки кристаллов на основе карбида кремния, включающий формирование на паяемой стороне кристалла двухслойного покрытия никель/серебро и пайку к основанию корпуса из металлизированного нитрида алюминия. На паяемые поверхности кристалла и корпуса наносят адгезионный слой, а затем металлическую связку из сплава Ni-B толщиной 3-5 мкм для формирования алмазоносного слоя из порошка алмаза с размером зерен 25-30 мкм, которые выступают над металлической связкой на 20-25 мкм, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя, содержащего адгезионно-активные металлы по отношению к алмазу, толщина фольги припоя выбирается из условия полного заполнения зазоров между алмазными зернами, при этом алмазные зерна на кристалле и корпусе не должны соприкасаться друг с другом в расплаве припоя, а при пайке кристалл подвергают воздействию ультразвуковых колебаний. Техническим результатом изобретения является повышение теплоотвода от кристалла к корпусу. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области изготовления приборов силовой электроники на основе карбида кремния. Оно может быть использовано при сборке силовых полупроводниковых приборов, например диодов Шоттки.
Разработка способов пайки кристаллов на основе карбида кремния к основанию корпусов в настоящее время является актуальной задачей, на решение которой направлены усилия всех специалистов, работающих в области силовой электроники.
Существуют различные способы пайки полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов.
Известен способ контактно-реактивной пайки /1/ полупроводникового кристалла к корпусу, по которому на паяемые поверхности кристалла и основания корпуса наносят соответственно алюминий и олово, а между кристаллом и корпусом размещают фольгу из цинка. Основным недостатком данного способа является низкий теплоотвод от кристалла к корпусу, так как коэффициент теплопроводности цинка (паяного шва) составляет λ=110,9 Вт/м·К.
В производстве БИС широко применяется способ /2/ монтажа кристаллов с использованием припоя на основе цинка, заключающийся в том, что на паяемую сторону кристалла напыляют алюминий толщиной 0,7-1,2 мкм, а затем проводят пайку к корпусу, покрытому сплавом цинк-алюминий-германий.
Основным недостатком данного способа является низкий теплоотвод от кристалла к корпусу по причине малой теплопроводности сплава Zn-Al-Ge.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ сборки /3/ высоковольтных 4H-SiC диодов Шоттки, по которому на паяемую поверхность кристалла наносится слой никеля, а затем под пайку - слой серебра. После этого кристаллы диодов Шоттки напаиваются на специальные кристаллодержатели из металлизированного нитрида алюминия.
Основным недостатком данного способа является недостаточный теплоотвод от кристалла к корпусу, так как коэффициенты теплопроводности кристалла 4H-SiC (λ=490 Вт/м·К) и AlN корпуса (λ=320 Вт/м·К).
Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, - это повышение теплоотвода от кристалла к корпусу.
Эта задача достигается тем, что в способе пайки кристаллов на основе карбида кремния, включающем формирование на паяемой стороне кристалла двухслойного покрытия никель/серебро и пайку к основанию корпуса из металлизированного нитрида алюминия с целью повышения теплоотвода от кристалла к корпусу, на паяемые поверхности кристалла и корпуса наносят адгезионный слой, а затем металлическую связку из сплава Ni-B толщиной 3-5 мкм для формирования алмазоносного слоя из порошка алмаза с размером зерен 25-30 мкм, которые выступают над металлической связкой на 20-25 мкм, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя, содержащего адгезионно-активные металлы по отношению к алмазу, толщина фольги припоя выбирается из условия полного заполнения зазоров между алмазными зернами, при этом алмазные зерна на кристалле и корпусе не должны соприкасаться друг с другом в расплаве припоя, а при пайке кристалл подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.
Сравнение заявляемого способа пайки кристаллов на основе карбида кремния с другими способами /1-3/ из известного уровня техники также не позволило выявить в них признаки, заявляемые в отличительной части формулы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематически изображены:
на фиг.1 - схема сборки кристалла с основанием корпуса перед пайкой;
на фиг.2 - схема паяного соединения кристалла с основанием корпуса с помощью разработанного способа.
Примером использования способа пайки кристаллов на основе карбида кремния может служить сборка 4H-SiC диодов Шоттки (коэффициент теплопроводности 490 Вт/м·К) к основанию корпуса из нитрида алюминия (коэффициент теплопроводности 320 Вт/м·К).
На паяемые поверхности кристалла в составе пластины и корпуса в качестве адгезионного слоя любым известным способом напыляют двухслойную металлизацию Ti/Ni, а затем электроосаждением металлическую связку из сплава никель-бор. Между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя заданной толщины.
Способ пайки кристалла на основе карбида кремния реализуется по схеме (фиг.1 и 2), содержащей кристалл 1 и корпус 2. На паяемые поверхности кристалла 1 и корпуса 2 наносят адгезионный слой 3 и металлическую связку из сплава никель-бор 4 толщиной 3-5 мкм с алмазоносным слоем 5.
Использование сплава никель-бор в качестве металлической связки алмазного слоя с паяемыми поверхностями кристалла и корпуса основано на том, что Ni-B обладает повышенной стойкостью к окислению при температуре до 500°С, устойчивостью к термоциклированию, а также повышенной коррозионной стойкостью.
Алмазоносный слой формируют из порошка алмаза с размером зерен 25-30 мкм. При толщине металлической связки 3-5 мкм обеспечивается адгезиооная прочность Ni-B с кристаллом и корпусом, при этом алмазные зерна прочно закрепляются на паяемых поверхностях. При большей толщине Ni-B покрытия возможно снижение адгезионной прочности Ni-B покрытия от кристалла или корпуса в результате термических макронапряжений, возникающих из-за различий температурных коэффициентов линейных расширений пленок и кристалла(корпуса).
При данной толщине металлической связки Ni-B алмазные зерна выступают на 20-25 мкм, что способствует при пайке разрушению оксидных пленок припоя, перемешиванию расплава припоя и лучшему смачиванию алмазных зерен и заполнению зазоров между ними.
Между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя 6, содержащего адгезионно-активные металлы (хром, цирконий, молибден, тантал, ванадий и др.) по отношению к алмазу. Толщину фольги припоя выбирают из условия полного заполнения зазоров между алмазными зернами. При этом алмазные зерна на кристалле и корпусе не должны соприкасаться друг с другом в расплаве припоя. При контакте алмазных зерен кристалла и корпуса под действием ультразвуковых колебаний кристалла зерна будут отделяться от металлической связки, что приведет к локальному разрушению металлической связки Ni-B и адгезионного слоя.
Для улучшения растекания припоя по боковым граням зерен алмазного порошка и заполнения зазоров между ними кристалл подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.
При кристаллизации припоя алмазные зерна располагаются внутри паянного шва 7, тем самым улучшая теплоотвод от кристалла к корпусу (коэффициент теплопроводности алмаза около 2000 Вт/м·К).
На основании вышеизложенного сделано заключение, что использование предлагаемого способа пайки кристаллов на основе карбида кремния обеспечивает по сравнению с существующими способами лучший теплоотвод от кристалла к корпусу.
Источники информации
1. Патент №2313156 RU, H01L 21/52. Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу / В.В.Зенин, Д.И.Бокарев, А.В.Рягузов, А.Н.Кастрюлев, О.В.Хишко. Опубл. 20.12.2007. Бюл. №35. 4 с.
2. Маслова К.В. 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.
3. Грехов И.В. Высоковольтные (900 В) 4H-SiC диоды Шоттки с охранным р-n переходом, изготовленным имплантацией бора / И.В.Грехов, П.А.Иванов, Н.Д.Ильинская, О.И.Коньков, А.С.Потапов, Т.П.Самсонова // Физика и техника полупроводников, 2008. Т.42. Вып.2. С.211-212.
Claims (1)
- Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния, включающий формирование на паяемой стороне кристалла двухслойного покрытия никель/серебро и пайку к основанию корпуса из металлизированного нитрида алюминия, отличающийся тем, что на паяемые поверхности кристалла и корпуса наносят адгезионный слой, а затем металлическую связку из сплава Ni-B толщиной 3-5 мкм для формирования алмазоносного слоя из порошка алмаза с размером зерен 25-30 мкм, которые выступают над металлической связкой на 20-25 мкм, между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя, содержащего адгезионно-активные металлы по отношению к алмазу, толщина фольги припоя выбирается из условия полного заполнения зазоров между алмазными зернами, при этом алмазные зерна на кристалле и корпусе не должны соприкасаться друг с другом в расплаве припоя, а при пайке кристалл подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149796/28A RU2460168C2 (ru) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149796/28A RU2460168C2 (ru) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009149796A RU2009149796A (ru) | 2011-07-10 |
RU2460168C2 true RU2460168C2 (ru) | 2012-08-27 |
Family
ID=44740117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009149796/28A RU2460168C2 (ru) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460168C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510545C1 (ru) * | 2012-10-01 | 2014-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Способ вибрационной пайки кристаллов бескорпусных транзисторов |
RU2753171C1 (ru) * | 2020-11-25 | 2021-08-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ неповреждающего поверхностного монтажа кристаллов кремния и кристаллов типа А3В5 методом использования СВС-фольги, нанесенной в форме металлизирующего многослойного наноструктурированного покрытия на поверхности этих кристаллов |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2313156C1 (ru) * | 2006-05-03 | 2007-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу |
JP2009099655A (ja) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法 |
RU2375786C1 (ru) * | 2008-04-29 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | СПОСОБ БЕССВИНЦОВОЙ КОНТАКТНО-РЕАКТИВНОЙ ПАЙКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА К КОРПУСУ С ОБРАЗОВАНИЕМ ЭВТЕКТИКИ Al-Zn |
-
2009
- 2009-12-31 RU RU2009149796/28A patent/RU2460168C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2313156C1 (ru) * | 2006-05-03 | 2007-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу |
JP2009099655A (ja) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ワイドギャップ半導体チップの鉛フリー半田付け方法 |
RU2375786C1 (ru) * | 2008-04-29 | 2009-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | СПОСОБ БЕССВИНЦОВОЙ КОНТАКТНО-РЕАКТИВНОЙ ПАЙКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА К КОРПУСУ С ОБРАЗОВАНИЕМ ЭВТЕКТИКИ Al-Zn |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Грехов И.В. и др. Высоковольтные (900 В) 4H-SiC диоды Шоттки с охранным р-n переходом, изготовленным имплантацией бора. Физика и техника полупроводников, 2008, т.42, вып.2, с.211, 212. Маслова К.В. и др. Монтаж кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка. Электронная промышленность, 1989, №6, с.24-26. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510545C1 (ru) * | 2012-10-01 | 2014-03-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Способ вибрационной пайки кристаллов бескорпусных транзисторов |
RU2753171C1 (ru) * | 2020-11-25 | 2021-08-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ неповреждающего поверхностного монтажа кристаллов кремния и кристаллов типа А3В5 методом использования СВС-фольги, нанесенной в форме металлизирующего многослойного наноструктурированного покрытия на поверхности этих кристаллов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009149796A (ru) | 2011-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101021846B1 (ko) | 마이크로전자 패키지 및 그 제조 방법과, 다이 방열기조합물 및 시스템 | |
US10872841B2 (en) | Ceramic metal circuit board and semiconductor device using the same | |
JP6079505B2 (ja) | 接合体及びパワーモジュール用基板 | |
EP2833401A1 (en) | Power module substrate with heat sink, power module substrate with cooler, and power module | |
CN103035601A (zh) | 在烧结银层上包括扩散焊接层的半导体器件 | |
JP2013229545A (ja) | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、及びパワーモジュール用基板の製造方法 | |
US20060065387A1 (en) | Electronic assemblies and methods of making the same | |
TWI527119B (zh) | 用於高功率密度晶片之金屬熱接合物 | |
US7193318B2 (en) | Multiple power density chip structure | |
JP7289889B2 (ja) | 熱応力補償接合層及びこれを包含するパワーエレクトロニクスアセンブリ | |
DE60214572D1 (de) | Hartlötbare metallisierungen für diamantbauteile | |
US11551994B2 (en) | Liquid metal TIM with STIM-like performance with no BSM and BGA compatible | |
RU2460168C2 (ru) | Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния | |
JP6031784B2 (ja) | パワーモジュール用基板及びその製造方法 | |
JP5134108B2 (ja) | 半導体素子の放熱体の製造方法 | |
TWI463710B (zh) | 接合導熱基板與金屬層的方法 | |
JP2015166304A (ja) | 銅/セラミックス接合体、及び、パワーモジュール用基板 | |
RU2345444C1 (ru) | Способ изготовления корпуса для полупроводникового прибора свч | |
JP2014039062A (ja) | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、及びパワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP5310309B2 (ja) | はんだコートリッド | |
Siow et al. | Patent landscape and market segments of sintered silver as die attach materials in microelectronic packaging | |
RU2379785C1 (ru) | Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу | |
RU2313156C1 (ru) | Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу | |
US20200135681A1 (en) | Power electronic assemblies with high purity aluminum plated substrates | |
CN216389335U (zh) | 芯片组件 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130101 |