RU2732485C1 - Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements - Google Patents

Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements Download PDF

Info

Publication number
RU2732485C1
RU2732485C1 RU2019144471A RU2019144471A RU2732485C1 RU 2732485 C1 RU2732485 C1 RU 2732485C1 RU 2019144471 A RU2019144471 A RU 2019144471A RU 2019144471 A RU2019144471 A RU 2019144471A RU 2732485 C1 RU2732485 C1 RU 2732485C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soldered
contact pads
copper
silver
ceramic base
Prior art date
Application number
RU2019144471A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Матвеевич Савченко
Владимир Алексеевич Сидоров
Андрей Анатольевич Пронин
Алексей Геннадьевич Чупрунов
Кирилл Владимирович Сидоров
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (АО "НПП "Пульсар")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации, Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (АО "НПП "Пульсар") filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2019144471A priority Critical patent/RU2732485C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732485C1 publication Critical patent/RU2732485C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/24—Reinforcing the conductive pattern
    • H05K3/243—Reinforcing the conductive pattern characterised by selective plating, e.g. for finish plating of pads
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering, particularly, to manufacturing of semiconductor devices. It is achieved by the fact that in the method of making a ceramic base with thin-film microstrip elements, which includes formation of microstrip lines and contact pads, to which terminals are soldered, contact pads are made of copper with thickness of 1–3 mcm. To the ends of soldered ends, silver 2.5–8 mcm thick is deposited galvanically, which is covered with a layer of titanium with thickness of 0.1–0.3 mcm by vacuum deposition. Ends of terminals are pressed to contact pads and heat treatment is carried out in vacuum until complete transition to soldered copper of contact platform and galvanically deposited silver at ends subject to soldering.
EFFECT: high microwave characteristics of the ceramic base and considerable increase in the strength of external terminals.
1 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления корпусов полупроводниковых приборов.The invention relates to electronic engineering, in particular to a technology for manufacturing semiconductor device cases.

Известен способ изготовления металлокерамического корпуса, в котором к контактным площадкам из вожженной вольфрамовой пасты припаивают серебро-медным эвтектическим расплавом (или чистым серебром) выводные рамки [1].There is a known method of manufacturing a cermet body, in which lead frames are soldered to the contact pads made of burnt tungsten paste with a silver-copper eutectic melt (or pure silver) [1].

Основным недостатком данного способа изготовления металлокерамического корпуса является то, что при металлизации пастой на основе тугоплавких металлов через сеткотрафарет невозможно получить размеры полосковых линий с повышенной точностью, а также СВЧ ток будет протекать по плохо проводящему переходному скин слою вольфрам-керамика и по самому вольфраму, что обуславливает отличие волнового сопротивления от требуемого на 10-15% и высокие потери СВЧ энергии в полосковых линиях. Обычно металлизация пастой на основе тугоплавких металлов имеет адгезию к керамике 4-6 кгс/ мм2 [2]. При ширине контактных площадок 0,25-0,5 мм и длине припаиваемых концов выводов 0,5 мм прочность присоединения выводов к корпусу на отрыв может составлять 0,5 кгс, что может служить причиной отрыва внешних выводов от собранного на основании прибора.The main disadvantage of this method of manufacturing a cermet body is that when metallizing with a paste based on refractory metals through a stencil, it is impossible to obtain the dimensions of the strip lines with increased accuracy, and the microwave current will flow through the poorly conducting transitional skin layer of tungsten-ceramic and through the tungsten itself, which causes the difference in wave impedance from the required by 10-15% and high losses of microwave energy in the strip lines. Typically, metallization with a paste based on refractory metals has an adhesion to ceramics of 4-6 kgf / mm 2 [2]. With the width of the contact pads 0.25-0.5 mm and the length of the soldered ends of the leads of 0.5 mm, the strength of the connection of the leads to the body for separation can be 0.5 kgf, which can cause the outer leads to detach from the device assembled on the base.

Известен способ изготовления металлокерамического корпуса для интегральной схемы, включающий нанесение на керамическое основание площадок металлизации на основе вольфрама, высокотемпературное вжигание металлизации, совмещение выводов рамки с металлизированными площадками и соединение их пайкой медно-серебряным припоем, при этом толщину слоя никеля устанавливают равной 5-15%, толщины выводов выводной рамки (Патент РФ №1716925, опубл. 09.01.1995 г.).There is a known method of manufacturing a cermet package for an integrated circuit, including the application of tungsten-based metallization pads to a ceramic base, high-temperature firing of metallization, aligning the frame leads with metallized pads and connecting them by soldering with copper-silver solder, while the thickness of the nickel layer is set equal to 5-15% , the thickness of the leads of the lead frame (RF Patent No. 1716925, publ. 09.01.1995).

Также, как и в предыдущем техническом решении, основными недостатками данного корпуса являются причины, приведенные выше.Also, as in the previous technical solution, the main disadvantages of this case are the reasons given above.

Известен способ изготовления корпуса интегральной схемы СВЧ диапазона, в котором на диэлектрической пластине пастой золото-палладий через сеткотрафарет формируют микрополосковые линии, на обратной стороне пастой золото-палладий формируют контактные площадки, через сквозные отверстия, заполненные припоем золото-кремний, соединяют микрополоски с контактными площадками, а выводы припаивают к контактным площадкам припоем золото-кремний (Патент РФ №2079931, опубл. 20.05.1997 г.).There is a known method of manufacturing a housing for an integrated circuit of the microwave range, in which microstrip lines are formed on a dielectric plate with gold-palladium paste through a stencil, contact pads are formed on the reverse side with gold-palladium paste, through the through holes filled with gold-silicon solder, microstrips are connected to the contact pads , and the leads are soldered to the contact pads with gold-silicon solder (RF Patent No. 2079931, publ. 20.05.1997).

Основным недостатком данного способа изготовления корпуса интегральной схемы СВЧ диапазона является низкая адгезия металлизации золото-палладий к керамике (не более 1,5 кгс/мм2), что предопределяет низкую прочность соединения с корпусом внешних выводов. У готового прибора вывод может оторваться от корпуса и при испытаниях, и при монтаже, и при эксплуатации прибора. Кроме того, как указывалось ранее, при металлизации пастой через сеткотрафарет невозможно получить размеры полосковых линий с повышенной точностью.The main disadvantage of this method of manufacturing a housing for an integrated circuit in the microwave range is the low adhesion of gold-palladium metallization to ceramics (no more than 1.5 kgf / mm 2 ), which predetermines the low strength of the connection with the housing of the external terminals. In a finished device, the lead can come off the case during testing, and during installation, and during operation of the device. In addition, as mentioned earlier, when metallizing with a paste through a stencil, it is impossible to obtain the dimensions of the strip lines with increased accuracy.

Техническим результатом предложенного способа является повышение СВЧ характеристик керамического основания и существенное повышение прочности присоединения внешних выводов.The technical result of the proposed method is to increase the microwave characteristics of the ceramic base and a significant increase in the strength of the connection of external leads.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе изготовления керамического основания с тонкопленочными микрополосковыми элементами, включающем формирование микрополосковых линий и контактных площадок, к которым припаивают выводы, контактные площадки выполняют из меди толщиной 1-3 мкм, на концы выводов, подлежащих пайке, осаждают гальванически серебро толщиной 2,5-8 мкм, которое вакуумным осаждением покрывают слоем титана толщиной 0,1-0,3 мкм, концы выводов прижимают к контактным площадкам и проводят термообработку в вакууме до полного перехода в припой меди контактной площадки и гальванически осажденного серебра на концах, подлежащих пайке.The specified technical result is provided by the fact that in the method of manufacturing a ceramic base with thin-film microstrip elements, including the formation of microstrip lines and contact pads to which the leads are soldered, the contact pads are made of copper with a thickness of 1-3 microns, on the ends of the leads to be soldered, they are deposited galvanically silver 2.5-8 microns thick, which is vacuum deposited with a titanium layer 0.1-0.3 microns thick, the ends of the leads are pressed against the contact pads and heat treatment is carried out in vacuum until the copper solder of the contact pad and galvanically deposited silver at the ends are completely transferred to the solder to be soldered.

Выбор толщины осаждаемой толщиной меди 1-3 мкм обусловлен тем, что при толщине меди менее 1 мкм при подготовке поверхности контактных площадок к пайке (обезжиривание, декапирование) медь частично стравливается и оставшейся меди может не хватить для обеспечения высокой прочности припайки выводов к керамической подложке, а осаждение меди толщиной более 3 мкм связано с повышенными энергетическим затратами, повышенным износом оборудования, например, с перегревом магнетрона.The choice of the thickness of the deposited copper thickness of 1-3 microns is due to the fact that when the copper thickness is less than 1 micron, when preparing the surface of the contact pads for soldering (degreasing, pickling), the copper is partially etched away and the remaining copper may not be enough to ensure high soldering strength of the leads to the ceramic substrate. and the deposition of copper with a thickness of more than 3 microns is associated with increased energy costs, increased wear of equipment, for example, with overheating of the magnetron.

Выбор толщины гальванически осажденного серебра 2,5-8 мкм связан с необходимостью полного перехода меди и серебра в расплав при термообработке. Если медь не перейдет полностью в расплав, то прочность присоединения вывода к керамике будет определяться только адгезией меди к керамике. Если серебро не перейдет полностью в расплав, то прочность присоединения вывода к керамике будет определяться только прочностью гальванического серебра к выводу. И то и другое ниже прочности пайки.The choice of the thickness of the galvanically deposited silver 2.5-8 microns is associated with the need for the complete transition of copper and silver into the melt during heat treatment. If the copper does not go completely into the melt, then the strength of the connection of the lead to the ceramic will be determined only by the adhesion of the copper to the ceramic. If the silver does not pass completely into the melt, then the strength of the connection of the lead to the ceramic will be determined only by the strength of the electroplated silver to the lead. Both are below the soldering strength.

Выбор толщины осажденного титана 0,1-0,3 мкм обусловлен необходимостью обеспечения его количества в расплаве для получения припоя, смачивающего керамику. При указанных соотношениях меди и серебра большее количество титана не приводит к повышению прочности соединения выводов с керамикой, но обуславливает повышенные энергетические затраты и износ оборудования.The choice of the deposited titanium thickness of 0.1-0.3 microns is due to the need to ensure its amount in the melt to obtain a solder that wets the ceramics. With the indicated ratios of copper and silver, a larger amount of titanium does not lead to an increase in the strength of the connection of the terminals with the ceramics, but causes increased energy costs and equipment wear.

Были изготовлены корпуса (Фиг. 1), в которых на керамическое основание из поликора 1 с медными тонкопленочными микрополосками 2, 4 толщиной 1-3 мкм, к контактным площадкам которых припаяны серебряным припоем внешние выводы 3, 5 из никеля шириной 0,5 мм и толщиной 0,2 мм. На концы выводов (Фиг. 2), подлежащих припайке к контактным площадкам, осаждали гальванически слой серебра толщиной 1,5-10 мкм, поверх которого осаждали вакуумным напылением слой титана толщиной 0,05-0,5 мкм, концы выводов прижимали к контактным площадкам и нагревали в вакууме до полного перехода меди контактной площадки и гальванически осажденного серебра в припой. Температуру термообработки t, °С определяли исходя из соотношения количества меди и серебра по диаграмме (Фиг. 3) состояния медь-серебро [3]. На собранных керамических основаниях с тонкопленочными микрополосковыми элементами были проведены измерения усилия отрыва выводов Р от керамического основания. Результаты измерений представлены в таблице 1. Поскольку поперечное сечение вывода 0,1 мм2, а предел прочности на растяжение у никеля равен 45 кгс/мм2 [4], то в случаях пайки выводов в соответствии с изобретением, при приложении к ним отрывающего усилия, соединение выводов с керамикой не нарушалось. При усилии, превышающем предел прочности никеля, обрывался вывод. В случаях с недостаточным количеством меди или титана наблюдается голый отрыв паяного соединения от керамики без разрушения керамики в местах пайки. В случаях, когда осаждали слои титана 0,4-0,5 мкм какого-либо повышения качества и надежности соединения вывод-керамика не было.Cases were made (Fig. 1), in which on a ceramic base made of polycor 1 with copper thin-film microstrips 2, 4 with a thickness of 1-3 μm, to the contact pads of which external terminals 3, 5 of nickel with a width of 0.5 mm were soldered with silver solder and 0.2 mm thick. On the ends of the leads (Fig. 2) to be soldered to the contact pads, a 1.5-10 μm thick layer of silver was electroplated, on top of which a titanium layer 0.05-0.5 μm thick was deposited by vacuum deposition, the ends of the leads were pressed to the contact pads and heated in a vacuum until the copper of the contact pad and the electroplated silver were completely transferred to the solder. Heat treatment temperature t, ° C was determined based on the ratio of the amount of copper and silver according to the diagram (Fig. 3) of the state of copper-silver [3]. On the assembled ceramic bases with thin-film microstrip elements, the force of separation of the leads P from the ceramic base was measured. The measurement results are presented in Table 1. Since the cross-section of the terminal is 0.1 mm 2 , and the tensile strength of nickel is 45 kgf / mm 2 [4], in cases of soldering the terminals in accordance with the invention, when a tearing force is applied to them , the connection of the leads with the ceramics was not broken. With a force exceeding the tensile strength of nickel, the terminal was cut off. In cases with an insufficient amount of copper or titanium, a bare separation of the brazed joint from the ceramic is observed without destroying the ceramic at the soldering points. In cases where titanium layers of 0.4-0.5 μm were deposited, there was no improvement in the quality and reliability of the lead-ceramic connection.

Литература:Literature:

1. Максимов А. Многослойные металлокерамические корпуса: преимущества и особенности // Электроника Наука Технология Бизнес. - 2011. - №3. - С. 56-59.1. Maksimov A. Multilayer cermet bodies: advantages and features. Electronics Science Technology Business. - 2011. - No. 3. - S. 56-59.

2. Рот А. Вакуумные уплотнения. Пер. с англ. М.: «Энергия», 1971. - 151 с.2. Mouth A. Vacuum seals. Per. from English. M .: "Energy", 1971. - 151 p.

3. Фролов А.Д. Соединения в конструкциях радиотехнических изделий. - М. - Л.: Изд-во «Энергия», 1966 г. - 297 с.3. Frolov A.D. Connections in the designs of radio engineering products. - M. - L .: Energiya Publishing House, 1966 - 297 p.

4. Справочник металлиста. - М.: Изд-во «Машиностроение», 1976. - 448 с.4. Metalworker's Guide. - M .: Publishing house "Mechanical engineering", 1976. - 448 p.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Способ изготовления керамического основания с тонкопленочными микрополосковыми элементами, включающий формирование микрополосковых линий и контактных площадок, к которым припаивают выводы, отличающийся тем, что контактные площадки выполняют из меди толщиной 1-3 мкм, на концы выводов, подлежащих пайке, осаждают гальванически серебро толщиной 2,5-8 мкм, которое вакуумным осаждением покрывают слоем титана толщиной 0,1-0,3 мкм, концы выводов прижимают к контактным площадкам и проводят термообработку в вакууме до полного перехода в припой меди контактной площадки и гальванически осажденного серебра на концах, подлежащих пайке.A method of manufacturing a ceramic base with thin-film microstrip elements, including the formation of microstrip lines and contact pads to which leads are soldered, characterized in that the contact pads are made of copper with a thickness of 1-3 microns, on the ends of the leads to be soldered, electroplated silver with a thickness of 2 is deposited, 5-8 microns, which is coated by vacuum deposition with a titanium layer 0.1-0.3 microns thick, the ends of the leads are pressed against the contact pads and heat treatment is carried out in vacuum until the contact pad copper and galvanically deposited silver at the ends to be soldered are completely transformed into the solder.
RU2019144471A 2019-12-27 2019-12-27 Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements RU2732485C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144471A RU2732485C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144471A RU2732485C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732485C1 true RU2732485C1 (en) 2020-09-17

Family

ID=72516443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144471A RU2732485C1 (en) 2019-12-27 2019-12-27 Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732485C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU220113U1 (en) * 2023-03-15 2023-08-25 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Metallized ceramic substrate for semiconductor device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1716925C (en) * 1990-01-12 1995-01-09 Производственное объединение "Изотоп" Process of manufacture of metal-ceramic package for integrated circuit
RU2054745C1 (en) * 1992-12-14 1996-02-20 Самсоненко Борис Николаевич Process of formation of circuitry
RU2079931C1 (en) * 1992-12-31 1997-05-20 Государственное научно-производственное предприятие "Исток" Microwave integrated-circuit case
RU2405229C2 (en) * 2009-01-11 2010-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронной техники" Solid-state device package
US20160184913A1 (en) * 2013-09-20 2016-06-30 Abb Technology Ag Method of manufacture of a ceramic metallization for ceramic metal transition, and ceramic metal transition itself
RU2665939C1 (en) * 2017-07-18 2018-09-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Method of ceramics metallization

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1716925C (en) * 1990-01-12 1995-01-09 Производственное объединение "Изотоп" Process of manufacture of metal-ceramic package for integrated circuit
RU2054745C1 (en) * 1992-12-14 1996-02-20 Самсоненко Борис Николаевич Process of formation of circuitry
RU2079931C1 (en) * 1992-12-31 1997-05-20 Государственное научно-производственное предприятие "Исток" Microwave integrated-circuit case
RU2405229C2 (en) * 2009-01-11 2010-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электронной техники" Solid-state device package
US20160184913A1 (en) * 2013-09-20 2016-06-30 Abb Technology Ag Method of manufacture of a ceramic metallization for ceramic metal transition, and ceramic metal transition itself
RU2665939C1 (en) * 2017-07-18 2018-09-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) Method of ceramics metallization

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU220113U1 (en) * 2023-03-15 2023-08-25 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Metallized ceramic substrate for semiconductor device
RU2819952C1 (en) * 2023-05-31 2024-05-28 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" Method of metalizing ceramic substrates

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6297082B2 (en) Ceramic substrate and manufacturing method thereof
JP2573225B2 (en) Electronic component manufacturing method
KR900001838B1 (en) High heat conductive ceramics substrate
KR102695566B1 (en) Ceramic circuit substrate
JP2532230B2 (en) High frequency circuit element hermetically sealed package and manufacturing method thereof
CN105359632A (en) Wiring board and electronic device
RU2558323C1 (en) Method of metallisation of substrate from aluminium-nitride ceramics
RU2732485C1 (en) Method of making ceramic base with thin-film microstrip elements
CN117936483A (en) Bonding structure, semiconductor package, and semiconductor device
JP5069485B2 (en) Metal base circuit board
JPH0288471A (en) Ceramic joining body
JPH11245083A (en) Solder and circuit substrate using it
JP2004059375A (en) Ceramic-metal member junction body
JP2001102469A (en) Package for semiconductor element
RU220113U1 (en) Metallized ceramic substrate for semiconductor device
RU2819952C1 (en) Method of metalizing ceramic substrates
JP2004095735A (en) Semiconductor device
JP4364033B2 (en) Wiring board with lead pins
JP2006100447A (en) Wiring board with lead pin
JPH1168260A (en) Wiring board
JP2006040766A (en) Airtight terminal
JP2002184925A (en) Lead terminal member for semiconductor module, manufacturing method therefor and semiconductor module using the same
JP2005278090A (en) Transmission line for high frequency
JP2004296788A (en) Package for housing semiconductor element and semiconductor device
JPH0335593A (en) Ceramic multilayer circuit substrate