RU2480860C2 - Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса - Google Patents
Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480860C2 RU2480860C2 RU2009149797/28A RU2009149797A RU2480860C2 RU 2480860 C2 RU2480860 C2 RU 2480860C2 RU 2009149797/28 A RU2009149797/28 A RU 2009149797/28A RU 2009149797 A RU2009149797 A RU 2009149797A RU 2480860 C2 RU2480860 C2 RU 2480860C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystal
- base
- grooves
- body base
- diamond grains
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий, имеющих большую площадь кристаллов. Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса содержит кремниевый кристалл и медный корпус между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва, при этом буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона которой представляет набор проволок из меди и размещается в канавках основания корпуса. В канавках основания корпуса размещают медные проволоки, на которые нанесен алмазный порошок, общая площадь алмазных зерен на каждой проволоке составляет около 50% ее поверхности, а в качестве связки алмазных зерен с проволокой используют металл или сплав, который является покрытием основания корпуса, при этом алмазные зерна выступают на 20-25 мкм над основанием корпуса, а пайку осуществляют с приложением к кристаллу ультразвуковых или низкочастотных колебаний, которые направлены вдоль канавок в корпусе. Техническим результатом изобретения является: снижение непропаев в паяном шве и улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых изделий, имеющих большую площадь кристаллов, путем бесфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формир-газе и других защитных средах. Оно может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпуса силовых полупроводниковых приборов путем пайки различными, в том числе и безсвинцовыми, припоями.
Разработка способов монтажа полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов полупроводниковых изделий (ППИ) в настоящее время является актуальной задачей, на решение которой направлены усилия всех специалистов, работающих в области полупроводниковой, особенно силовой, электроники.
Существуют различные способы пайки полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов.
Известен способ пайки /1/ полупроводникового кристалла к корпусу, по которому для увеличения площади спая между кристаллом и корпусом на основании корпуса формируют V-образные канавки глубиной 25-75 мкм, располагаемые друг от друга на расстоянии 0,25-1 мм. Основным недостатком данного способа являются непропаи в паяном шве при капиллярной пайке в конвейерной водородной печи.
Разработан способ /2/ крепления полупроводникового кристалла к корпусу, по которому между кристаллом и корпусом размещают золотую фольгу и проводят пайку при температуре образования эвтектики Si-Au. При этом перед размещением в корпусе золотой фольги ее поверхность шаржируют алмазным порошком с размером зерен, равным 2-5 мкм.
Основным недостатком данного способа является незначительное снижение теплоотвода от кристалла к корпусу, так как площадь алмазного порошка на поверхности золотой фольги составляет десятые доли процента от площади кристалла.
Известен /3/ 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.
Основным недостатком данной конструкции является получение паяных швов толщиной более 0,25 мм, что увеличивает тепловое сопротивление «кристалл-корпус», так как коэффициенты теплопроводности Мо, W и Si примерно одинаковые.
Наиболее близкой по технической сущности заявляемого изобретения является система монтажа кристалла на основание корпуса, заключающаяся в том, что для снижения непропаев в паяном шве, повышения прочности паяного соединения, улучшения теплоотвода от кристалла к корпусу и снижения термических напряжений в системе «кристалл - паяный шов - корпус» между кремниевым кристаллом и медным корпусом помещается буферный элемент в виде сетки, нижняя сторона которой представляет набор проволок из меди и размещается в канавках основания корпуса, а верхняя сторона проволоки - из Мо, W или их сплавов, диаметр которых выбран из условия получения заданной толщины паяного шва.
Основным недостатком данной конструкции является недостаточно высокий теплоотвод от кристалла к корпусу, особенно при эксплуатации силовых полупроводниковых приборов, так как коэффициенты теплопроводности (λ, Вт/м·К) Si (160), Мо (162) и W (166) примерно одинаковые.
Задача, на решение которой направлено заявляемое решение - это снижение непропаев в паяном шве и улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу.
Эта задача достигается тем, что система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса, содержащая кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва, при этом буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона которой представляет набор проволок из меди и размещается в канавках основания корпуса, с целью снижения непропаев в паяном шве и улучшения теплоотвода от кристалла к корпусу в канавках основания корпуса размещены медные проволоки, на которые нанесен алмазный порошок, общая площадь алмазных зерен на каждой проволоке составляет около 50% ее поверхности, а в качестве связки алмазных зерен с проволокой использован металл или сплав, который является покрытием основания корпуса, при этом алмазные зерна выступают на 20-25 мкм над основанием корпуса, а пайка осуществлена с приложением к кристаллу ультразвуковых или низкочастотных колебаний, которые направлены вдоль канавок в корпусе.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых схематично изображены:
на фиг.1 - фрагмент схемы сборки кристалла с основанием корпуса перед пайкой;
на фиг.2 - фрагмент схемы паяного соединения кристалла с основанием корпуса с помощью разработанной системы.
Примером использования системы монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса может служить сборка кремниевых кристаллов (коэффициент теплопроводности λ=160 Вт/м·К) к основанию медных корпусов (λ=395-402 Вт/m·K) силовых полупроводниковых приборов. На паяемую поверхность кристалла в составе пластины по известной технологии наносят пленочную металлизацию. Для сборки используют медные корпуса с канавками. В канавках основания корпуса размещены медные проволоки, на которые нанесен алмазный порошок.
Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса реализуется по схеме (фиг.1-2), содержащая основание 1 с канавками 2, в которых размещены медные проволоки 3, на поверхность которых нанесена металлическая связка 4 для закрепления на проволоках 3 алмазных зерен 5.
На выступающих над поверхностью основания корпуса алмазных зернах 5 размещена фольга припоя 6, а затем кристалл 7.
Общая площадь алмазных зерен на каждой проволоке составляет около 50% ее поверхности. При меньшей площади алмазных зерен (коэффициент теплопроводности алмаза около 2000 Вт/м·K) эффект передачи тепла от кристалла к корпусу будет снижаться, а большую площадь получить на проволоке технологически трудно.
В качестве металлической связки алмазных зерен с проволокой используют металл или сплав, который является покрытием основания корпуса. Например, для пайки кристаллов к корпусам на последние наносят никель химическим или гальваническим методами из фосфатных электролитов. В этом случае используемый при пайке припой, например ВПр6, при температуре пайки одинаково хорошо смачивает паяемую поверхность основания корпуса и никелевую связку алмазных зерен на медных проволоках, тем самым снижаются непропаи в паяном шве.
Диаметр медной проволоки с зернами алмаза, а следовательно, и глубина канавок в основании корпуса выбирается таким образом, чтобы при размещении проволок в канавках зерна алмазного порошка выступали на величину h=20-25 мкм над основанием корпуса.
Алмазные зерна, выступающие на величину h=20-25 мкм над основанием корпуса, при пайке способствуют разрушению оксидных пленок на припое, улучшают смачивание припоем металлической связки алмазных зерен и покрытий паяемой поверхности корпуса. При меньшей величине h снижается теплоотвод от кристалла к корпусу, а при большей величине - возможно царапание алмазными зернами металлизации кристалла в расплаве припоя, что приведет к ухудшению смачивания припоем данного участка кристалла.
При пайке корпус ППИ жестко закрепляется на монтажном столике установки пайки кристаллов, а кристалл подвергается ультразвуковым или низкочастотным колебаниям, которые направлены вдоль канавок в корпусе. Такие колебания улучшают заполнение припоем канавок с проволоками и повышают смачивание припоем основания корпуса. При колебаниях кристалла в других направлениях канавки будут способствовать появлению непропаев в паяном шве.
При кристаллизации припоя алмазные зерна расположены внутри паяного шва 8, тем самым улучшая теплоотвод от кристалла к корпусу.
На основании вышеизложенного сделано заключение, что использование предлагаемой системы монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса обеспечивает по сравнению с существующими системами следующие преимущества:
1. Снижаются непропаи в паяном шве.
2. Улучшается теплоотвод от кристалла к корпусу.
Источники информации
1. В.В.Зенин, В.Н.Беляев, Ю.Е.Сегал, Ю.Л.Фоменко / Пайка полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов // Петербургский журнал электроники. 2001, №2, с.65.
2. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1781732 А1, H01L 21/58. Способ крепления полупроводникового кристалла к корпусу / В.Л.Розинов, Н.А.Барановский, И.Ш.Фишель и Л.А.Лискин. - Опубл. в БИ, 1992, №46.
3. Корпус электронного прибора с каналом снятия напряжений. Electronic package with stress relief channel: Пат. 5315155 США, МКИ5 H01L 23/02/ O'Donnelly Brian E., Mravic Brian, Crane Jacob, Mahulikar Deepak; Olin Corp. - №912535; Pfzdk/ 13.07.92; Опубл. 24.05.94; НКИ 257/711.
4. Патент РФ на изобретение №2336594 (RU), H01L 21/52. Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса / В.В.Зенин, Д.И.Бокарев, А.В.Рягузов, А.Н.Кастрюлев, О.В.Хишко. Опубл. в БИ, 2008, №35.
Claims (1)
- Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса, содержащая кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми установлен буферный элемент с образованием паяного шва, при этом буферный элемент выполнен в виде сетки, нижняя сторона которой представляет набор проволок из меди и размещается в канавках основания корпуса, отличающаяся тем, что в канавках основания корпуса размещены медные проволоки, на которые нанесен алмазный порошок, общая площадь алмазных зерен на каждой проволоке составляет около 50% ее поверхности, а в качестве связки алмазных зерен с проволокой использован металл или сплав, который является покрытием основания корпуса, при этом алмазные зерна выступают на 20-25 мкм над основанием корпуса, а пайка осуществлена с приложением к кристаллу ультразвуковых или низкочастотных колебаний, которые направлены вдоль канавок в корпусе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149797/28A RU2480860C2 (ru) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009149797/28A RU2480860C2 (ru) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009149797A RU2009149797A (ru) | 2011-07-10 |
RU2480860C2 true RU2480860C2 (ru) | 2013-04-27 |
Family
ID=44740118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009149797/28A RU2480860C2 (ru) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2480860C2 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5015803A (en) * | 1989-05-31 | 1991-05-14 | Olin Corporation | Thermal performance package for integrated circuit chip |
US5315155A (en) * | 1992-07-13 | 1994-05-24 | Olin Corporation | Electronic package with stress relief channel |
KR20010009153A (ko) * | 1999-07-07 | 2001-02-05 | 김진성 | 박형 시스템 대응 고방열 히트스프레다 부착 패키지구조 및 그의 제조 방법 |
US6706562B2 (en) * | 2000-12-14 | 2004-03-16 | Intel Corporation | Electronic assembly with high capacity thermal spreader and methods of manufacture |
RU2005112328A (ru) * | 2005-04-25 | 2006-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Воронежский государственный технический университет" (RU) | Металлическая система для монтажа полупроводникового кристалла к корпусу |
RU2298252C2 (ru) * | 2005-06-21 | 2007-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ присоединения кристаллов кремниевых дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем к корпусу с образованием эвтектики кремний-золото |
RU2336594C1 (ru) * | 2007-03-22 | 2008-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
-
2009
- 2009-12-31 RU RU2009149797/28A patent/RU2480860C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5015803A (en) * | 1989-05-31 | 1991-05-14 | Olin Corporation | Thermal performance package for integrated circuit chip |
US5315155A (en) * | 1992-07-13 | 1994-05-24 | Olin Corporation | Electronic package with stress relief channel |
KR20010009153A (ko) * | 1999-07-07 | 2001-02-05 | 김진성 | 박형 시스템 대응 고방열 히트스프레다 부착 패키지구조 및 그의 제조 방법 |
US6706562B2 (en) * | 2000-12-14 | 2004-03-16 | Intel Corporation | Electronic assembly with high capacity thermal spreader and methods of manufacture |
RU2005112328A (ru) * | 2005-04-25 | 2006-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Воронежский государственный технический университет" (RU) | Металлическая система для монтажа полупроводникового кристалла к корпусу |
RU2298252C2 (ru) * | 2005-06-21 | 2007-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ присоединения кристаллов кремниевых дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем к корпусу с образованием эвтектики кремний-золото |
RU2336594C1 (ru) * | 2007-03-22 | 2008-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009149797A (ru) | 2011-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6797797B2 (ja) | セラミックス金属回路基板およびそれを用いた半導体装置 | |
JP4972503B2 (ja) | 半導体パワーモジュール | |
JP4904767B2 (ja) | 半導体装置 | |
EP2833401B1 (en) | Power module substrate with heat sink, power module substrate with cooler, and power module | |
JP4893096B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
JP2010179336A (ja) | 接合体、半導体モジュール、及び接合体の製造方法 | |
JP4893095B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
JP2009076703A (ja) | 半導体装置 | |
CN102017107B (zh) | 接合结构以及电子器件 | |
CN115274465A (zh) | 电力用半导体装置 | |
JP5218621B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
JP5370460B2 (ja) | 半導体モジュール | |
RU2480860C2 (ru) | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса | |
JP2009147123A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
RU2460168C2 (ru) | Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния | |
JP5310309B2 (ja) | はんだコートリッド | |
RU2336594C1 (ru) | Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса | |
JPS60134444A (ja) | バンプ電極形成方法 | |
JP6011410B2 (ja) | 半導体装置用接合体、パワーモジュール用基板及びパワーモジュール | |
JP2015109294A (ja) | 電力用半導体装置およびその製造方法 | |
JP3868966B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP6329212B2 (ja) | 鉛半田接合構造及び製造方法 | |
RU2313156C1 (ru) | Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу | |
JP5807213B2 (ja) | 半導体装置、実装構造体、及び実装構造体の製造方法 | |
CN102800641B (zh) | 半导体覆晶接合结构及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130303 |