Модификация процесса монтажа проволочных и ленточных выводов к кристаллам силовых полупроводниковых приборов

• Автор: Каданцев, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ

КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ ВНУТРЕННИХ ВЫВОДОВ НА КРИСТАЛЛАХ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

1.1. Анализ способов и режимов монтажа внутренних выводов в производстве СПП

1.1.1. Сварка ленточных выводов СПП

1.2. Инструмент для присоединения внутренних выводов

1.2.1. Инструмент для сварки внутренних выводов в глубоких полостях и корпусах.

1.3. Алюминиевая металлизация на кристаллах СПП.

1.4. Микротвердость пленочной металлизации

1.5. Коррозионная устойчивость алюминиевой металлизации контактных площадок кристаллов
1.6. Переходное сопротивление контактов проводник металлизация СПП.
1.7. Методы, приборы и оборудование, используемые
для экспериментальных исследований.
Выводы и постановка задач для исследований и разработок
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХСЛОЙНОЙ АЛЮМИНИЕВОЙ
МЕТАЛЛИЗАЦИИ КОНТАКТНЫХ ПЛОЩАДОК КРИСТАЛЛОВ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
2.1. Исследование структуры алюминиевой металлизации
с нижним слоем, легированным никелем и титаном.
2.2. Микрорентгеноспектральный анализ
алюминиевой металлизации.
2.3. Микротвердость алюминиевой металлизации.
2.4. Коррозионная устойчивость алюминиевой
металлизации.
2.5. Поверхностное и удельное сопротивление
алюминиевой металлизации.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВО СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫВОДОВ С КОНТАКТНЫМИ ПЛОЩАДКАМИ КРИСТАЛЛОВ СПП
3.1. Прочность соединений алюминиевой проволоки
с двухслойной алюминиевой металлизацией с нижним
слоем, легированным никелем и титаном
3.2. Прочность соединений алюминиевой ленты
с двухслойной алюминиевой металлизацией с нижним
слоем, легированным никелем и титаном
3.3. Сопротивление контактов алюминиевый выводалюминиевая металлизация на кристаллах СПП
3.4. Оптимизация режимов УЗС проволоки и ленты из алюминия к кристаллам.
3.4.1. УЗС алюминиевой проволоки к кристаллам
с алюминиевой металлизацией
3.4.2. УЗС алюминиевой ленты к кристаллам
с алюминиевой металлизацией
3.5. От проволочного монтажа к НАКВ процессу
3.5.1. Термозвукоимпульсная сварка ленточных выводов
3.5.2. Дислокационная структура в кремнии после
имитации УЗС внутренних выводов
Выводы.
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ.
4.1. Расчет концентратора для установки ультразвуковой сварки
4.2. Расчет конструкции инструмента для установки ультразвуковой сварки
4.2.1. Передача энергии УЗ колебаний в зону сварки
4.2.2. Расчет геометрических размеров инструмента.
4.3. Контроль прочности соединений в СПП.
4.4. Разработка способа нанесения пленочной металлизации
на обратную поверхность кристаллов в составе пластины.
Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Мощные металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (МОБРЕТ) в силу уникальных характеристик по сравнению с биполярными транзисторами, а именно наносекундной скорости переключения, высоких рабочих напряжений и температур, больших токов и значительной мощности, получают все более широкое применение в силовой электронике. Современный этап производства МОЗРЕ'Г характеризуется непрерывным повышением требований к качеству и надежности. Особенно это относится к технологии присоединения кристалла к корпусу и внутренних выводов между кристаллом и корпусом. Надежность во многом зависит от того, насколько управляем технологический процесс, что в свою очередь связано с воспроизводимостью отдельных технологических операций в непрерывном процессе производства [-]. Для монтажа соединений между кристаллом и корпусом СГТП применяется, в основном, алюминиевая проволока диаметром свыше 0, мм. Наиболее важными механическими свойствами привариваемой проволоки являются прочность и относительное удлинение. Для стабилизации свойств проволоки ее подвергают отжигу перед монтажом [1]. Основными факторами, определяющими качество соединений выводов с кристаллом и траверсами корпусов СПП, являются: физико-механические свойства присоединяемого вывода и пленочной металлизации кристалла и траверс корпусов, способы и режимы присоединения внутренних выводов, материал и конструкция сварочного инструмента, качество подготовки соединяемых /элементов (пленки и вывода) к сварке. Однако вопросы формирования качественных соединений на кристаллах СПП практически не изучены. Это относится и к УЗС как проволочных, так и ленточных выводов [1, 2, ]. Анализ способов монтажа проволочных выводов к кристаллам ПГ1И показал, что у каждого из них существует ряд особенностей [ - ]. ТКС, УЗС или термозвуковой сваркой (ТЗС). При использовании ТКС [], к деталям прикладывают начальное давление, нагревают их V - образным электродом, а добавочное давление прикладывают в период максимальной скорости пластического течения металлического проводника. Существенным недостатком данного способа являются: невозможность полного удаления адсорбированных и оксидных пленок из зоны сварки, что уменьшает площадь физического контакта соединяемых элементов; высокое давление, присущее ТКС, отрицательно сказывается на качестве сварных соединений, особенно на контактной площадке кристалла. Всю большую популярность у производителей ПЛИ широко используется способ ТЗС, при котором соединение того же типа, что и применяемое при сборке ТКС, формируется в результате совместного действия температуры, ультразвука и давления сварочного инструмента. Воспроизводимость качества соединений достигается при существенном уменьшении воздействующих факторов режима сварки, как правило, температуры []. Для УЗС применяют две колебательные системы (рис. Температура нагрева деталей непосредственно в зоне контакта обычно не превышает 0,3-0,5 от температуры плавления соединяемых материалов []. При этом методе соединение металлов в твердом состоянии осуществляется за счет возбуждения в свариваемых деталях упругих колебаний ультразвуковой частоты при одновременном создании определенного давления. Для обеспечения заданной мощности, подаваемой на СГ1, между кристаллом и траверсами корпуса формируют по 2 или 3 перемычки из проволоки диаметром 0, мм. Данная технология приводит к повышению себестоимости СГТП. Анализ способов и технологий монтажа внутренних соединений в СПП показал, что целесообразно использовать ленточные выводы вместо проволочных. Например, проволока диаметром 0,4 мм соответствует лепте с поперечным сечением 0,2x0,6 мм2. Рис. Основными технологическими параметрами УЗС являются: выходная мощность акустической системы, сжимающее усилие соединяемых деталей и время сварки. Выходная мощность акустической системы на установках УЗС, как правило, задается в условных единицах и подбирается опытным путем для конкретного размера привариваемой проволоки/ленты, исходя из получения заданной прочности соединений. Режимы сварки подбираются в зависимости от физико-механических свойств свариваемых металлов.