Способ соединения разнородных материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ п 11703871 Союз Советскнх Соцлалкстичасккх Реслублнк(51)М. Кл 2 Н О) 1 9/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретен И.Д.Морохов, А.Ф.Метелкин,В.Н.Лаповок, Л.К.ГригорьеваВ.А,Дуболазов, Л.В.ТомашполЧиж ,В.К ий и ДУ 1 Ц 1 Ц 71) Заявител 4) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЙ РАЗНОРОДНЫХМАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к областипайки и может быть использовано присборке полупроводниковых приборови интегральных схем,, По основному авт,св. н 653644известен способ соединения разнородных материалов, при котором. припойпомещают между пористой лентой и соединяемой с ней поверхностью или пропитывают ленту припоем заранее.Затем производят пайку при темпера"туре плавления припоя с небольшим(10-50 оС) перегревом в защитной отокисления:атмосфере-водороде, инертных газах и др, Жидкий припой, пропитывая пористую ленту, диспергируется и выходит в зону Раздела пористойсреды и паяемой поверхности н активизированном эа счет диспергированиясостоянии, Активность смачиванияповышается также благодаря тому, чтодиспергирование облегчает восстановление окислов.Недостатком способа являетсяневысокая электрическая и тепловаяпроводимость и нысокий уровеньмеханических напряжений полученногосоединения,Целью изобретения является улучшение электрических, тепловых.и механических свойств соединения,Укаэанная цель достигается тем,что по предлагаемому способу пористаяметаллическая среда выполненаодвухслойной с раэмером пор в области,.прилежащей к полупроводниковомуо телу, меньше, чем в области, прилежащей к металлической поверхности.При применении пористой металлической среды с размером пор 5-10 мкмкачественно развязываюся термомехани-ческие напряжения, возникающие вследствие разности к,т,р, металла и полу-.проводника, за счет того, что процентное содержание пластичной состав:ляющей среды прямо занисит от размерапор н пористости, например, в случаепористой среды иэ никеля и припояПСР 2,5:.ЕН 1 :.20,2 х 10 н/мЕ ПСр 2,5 = 2,0.х 10 н/мС другой стороны, пористая среда с размером пор 0,1-1 мкм обеспечивает низкое значение теплового иэлектрического сопротивлений контакта, так как активность припоя увеличивается с увеличением степени дисперф,фФфффК- Фйф ф " 70гирования припоя (с уменьшением разМера пор);: что облегчает"устрацециеойй 8 лаполупроводцика",рез ко увели- ;,чиваоМего сопротйвление контакта.11 еньмий размер йор обеспечинаетунеличение площади контакта "полу="проводникового тела с пористой средой, с которой осуществляется электрический и тепловой контакт полу""гФбйодника,-что увеличИнает теплой электрическую.йронодимость кой " такта например, н случае применения никелевой пористой среды и припоя ПСр 2,5:)к = 92 вт/м грал.ЛПср 2,538 нт/м град,УИ(=6, 8 х 10 ф омсмЛпсрР 5=20,6 х 10ом смМеныайй раэме 1="йо также влйяети на состав кристаллизующегося ннем припоя (так, например, равно=" Зесйаяконцентрация" растворенногов свинце никеля возрастает приуменьшении пор), а электросопротивление контакта кремний-никель значительно ниже, чем контакта кремнийсвинец, при этом размер пор от 0,1до 1 мк"м"ойредЕляется процессом коаг"ляции "высокодисперсцого "порошка притемйературах пайкйсвийцовыьй припоями -250.; в 4 С (средний размерпор пористой среды, определяется,главным образом, дисперсностью исходного порошка),Что касается развязки термомеханических напряжений, оптимизациясоединений подобного рода должна" "-заключаться в увеличении пластичной составляющей пористой среды (увелйчейие пористости и размера порот 5 до 10 мкм), кроме того, долж=Йо"выполняться непременнбе условиедостаточно высокой дисперсностиТаб.г,иц;а ср 3871 пористой среды, приводящей к самоэалечинацию микролефектон путем";.йичкотемпературного лисцерсиоццогоспекания, обеспечить качествеццоесоединение полупроволциконого телас металлом,Пример осукяствлеци я с пособа,Кристаллы кремния КЭФ,5 размером 3 х 3,5 Йм с напылецным и ножженным алюминием для измерения электрического сопротивления Н цепикристалл (алюминиевая металлиэапия) -подложка (никель) паялись накомпактньй никель,На кристаллах тех же размеров,но с диффузионными резисторамиизмерялось" тепловое сопротивлениеНТ системы кристалл-подложка. В" " "качествеподложки использовалисьоснования корпусов типа Туф.На кристаллах кремния КЭФ,520 ориентации (И 1) с размером 3 х 3 ммсдиффузионнымитенэореэисторами." ойределялся" уровень напряженногосостояиця" кристалла по относительному иэмеценйю сопротивления тензо 25ь)у- резисторов .- - . Кристаллы припаипОвались к медйым никелированным подложкам толщиной 0,2 мм, Для всех трехслучаев гайку производили припоем3 ПСр 2;5 через пористые прокладкиоднослойные с размером поо 0,110,0 мкм и двухслойные с оазмеромпор в зоне, прилежащей к полупроводниковому кристаллу (зона а), 0,11,0 мкм, и в зоне, прилежащей кметаллу (чона б), 5,0-10,0 мкм.Режим пайки:температура 370-380 Сдавлеине" на:40кристалл 80-90 гноемя пайки 3,0 мин,аннительцых оезультатов Характеристики соединения Размер порпористойпрокладки,мкм РР пп Видпрокл алки Напряженное состояние ьН- 100 НО% Тепловоесопротивление Н ) гоад/мвт ЭлЕктрическое сопротивление Ном 1, однослойная0,1 60 003 7,1двухслойная а)0,1 6,0 0 038 5,1б) 5,02. однослойная 0,1 6,0 0,03 7 1214 О- .двухслойная а) 1,0 . 210 046Рб) .10, 03, 10,0 . 62 0,055 3,8 однослойная двухслойная а) 0,1 5 0,0 б) 5,010,0 3 а 1", О703871 Формула изобретения Составитель Е,Тютченкова е ОЛндрейко Корректор Я. Веселовская Редактор Л,Василькова Техред . ндр Ю Заказ 7818/45 Тираж 92.3 Подписное, ЦНИИПИ Государственного комитета СССР и о делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д. /. ф 4 5Филиал ППППатент, г.ужгород, ул, Проектная,4 Таким образом применение двухслой" ной пористой прокладки позволяет ,повысить процент выхода годных приборов и интегральных схем по элек- трическим параметрам благодаря снижению пика температурных воздей ствий с одновременным обеспечением высоких прочностных харак- теристик соединения; повысить производительность операций монтажа полупроводниковых приборови интЕ- гральных схем за счет введения групповой пайки в конвейерных печах с обеспечением высоких тепловых, электрических и механических свойств соединений; получить значительную.15 экономию драгоценных и дефицитных металлов за счет ликвидации золочения корпусов и золотосодержащихприпоев. Способ соединения разнородных материалов по автсв, 9 653644, о т л и чающий с я тем, что с целью улучшения электрических, тепловых и механических свойств соединения, пористая металлическая среда выполнена двухслойной с размером пор в области, прилежащей к полупроводниковому телу, меньше, чем в области, прилежащей к металлической поверхности