Пайка кристаллов силовых полупроводниковых приборов с применением бессвинцовых сплавов

• Автор: Хишко, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. БЕССВИНЦОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ КРЕМНИЕВЫХ КРИСТАЛЛОВ ППИ

1.1. Конструктивнотехнологические критерии выбора бессвинцовых припоев.

1.2. Покрытия паяемых поверхностей под пайку

бессвинцовыми припоями.

1.3. Анализ способов и технологий напайки кристаллов бессвинцовыми сплавами.

1.4. Способы оценки качества паяных соединений ППИ.

1.5. Тепловое сопротивление кристаллкорпус как параметр

оценки качества напайки кристаллов и надежности ППИ

1.6. Отбраковочные испытания ППИ.

1.7. Методы, приборы и оборудование, используемые
для проведения экспериментов.
Выводы и постановка задач для исследования и разработок
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ
БЕССВИНЦОВЫХ ПРИПОЕВ.
2.1. Анализ существующих бессвинцовых припоев
2.2. Разработка новых составов бессвинцовых припоев
2.3. Оценка смачивания и растекания новых бессвинцовых
припоев по паяемым поверхностям кристалла и корпуса
2.4. Исследование технологических свойств сплава
,п,4В11ДБЬ вес..
Выводы.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ МАРКИ ПРИПОЯ, СПОСОБОВ И РЕЖИМОВ НАПАЙКИ КРИСТАЛЛОВ НА ПАРАМЕТРЫ СПП .
3.1. Методы, приборы и оборудование, используемые
для проведения экспериментов
3.2. Влияние марки припоя, способов и режимов напайки кристаллов на основания корпусов ТО0 и КТВ на электрические параметры транзисторов 2П7В.
3.3. Влияние марки припоя, способов и режимов напайки кристаллов на основания корпусов ТО0 и КТВ на Ят Крк транзисторов 2П7В.
Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА НОВЫХ СПОСОБОВ НАПАЙКИ КРИСТАЛЛОВ НА ОСНОВАНИЯ КОРПУСОВ СПП С ПРИМЕНЕНИЕМ БЕССВИНЦОВЫХ СПЛАВОВ
4.1. Способ пайки кристаллов с использованием локального
нагрева.
4.2. Способ присоединения кристаллов к корпусам
с образованием эвтектики 8ьАи.
4.3. Способ присоединения кристаллов к корпусам
с образованием эвтектик и Ап
4.4. Способ пайки полупроводникового кристалла к основанию корпуса бессвинцовым припоем
4.5. Разработка способа пайки кристаллов с образованием эвтектики .
4.5.1. Исследование свойств алюминиевой металлизации
корпусов СИП, полученной гальваническим осаждением
4.5.2. Исследование качества паяных соединений кристаллов
с образованием эвтектики А12п
4.6. Пайка полупроводниковых кристаллов со столбиковыми выводами методом ii с использованием бессвинцовых
припоев
4.7. Разработка способа контроля предельно допустимой температуры нагрева ГТТТИ
Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


И) и технологии их изготовления конструкторы и технологи принимают во внимание физикомеханические свойства материалов и припоев на их основе, учитывают физико-химическую стабильность припоев во времени и совместимость их с паяемыми покрытиями [7 — 9]. К основным физико-механическим свойствам припоев относятся: температура плавления, пределы прочности на растяжение, срез, предел текучести, относительное удлинение (пластичность), модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент теплопроводности, удельное электросопротивление и др. Многочисленные исследования показали [ — ], что для пайки без использования свинца наиболее перспективно семейство сплавов олова, серебра и меди. В данных сплавах содержится от 3 до 4 % А§. Обычно в сплавах, произведенных в Японии, содержится 3 % Ag, в Европе - 3,5 %, а в Северной Америке - 3,8 - 4 %. Теплопроводность паяных соединений в значительной степени определяется теплопроводностью припоя, особенно при его слабом- химическом сродстве с паяемым металлом. В случае образования между ними твердых растворов теплопроводность паяных соединений может снижаться по сравнению с теплопроводностью припоя. Следует отметить, что теплопроводность припоев и паяных соединений является важным параметром для ПЛИ, особенно для силовых, в которых интенсивный теплообмен служит определяющей характеристикой надежности. Одним из параметров, определяющих качество и надежность ППИ, является электросопротивление. Низкое электросопротивление - важный фактор для соединений, длительно работающих под токовой нагрузкой и является основной характеристикой работоспособности и ресурса паяных ППИ. Качество припоя зависит от доли вредных примесей в сплаве, которые снижают прочность паяного соединения. Известно, что присутствие никеля ведет к образованию каверн, алюминия - к зернистости, железо способствует образованию окалины, избыток меди ухудшает смачиваемость при пайке, а сурьма повышает хрупкость паяного соединения при низких температурах. Поэтому чистота исходных металлов в припое является основным фактором формирования качественных паяных соединений. При выборе припоя предпочтительны эвтектические сплавы, так как их кристаллизация происходит в узком температурном диапазоне, при этом отсутствует смещение компонентов. Расплавы бескислородных металлов активно растворяют в своем составе большое количество оксидов и, следовательно, получаемые паяные соединения обладают высокой прочностью. Различные типы бессвинцовых припоев, которые можно использовать на операции пайки ППИ, подробно рассмотрены в работе []. В качестве бессвинцовых припоев используются сплавы на основе олова с добавлением в него Ag, Си, В1, Ъп и других металлов. Ag/0,9Cu). Основной их недостаток: сравнительно высокая (для пайки элементов на печатные платы) температура плавления около 0 °С, негативно влияющая на сами ППИ и на плату. Снизить температуру плавления этих припоев можно, добавляя в них В1, 2п и другие металлы. Рассматриваются варианты введения в составы 8п-В1 или 8п-2п элементов, улучшающих технологические свойства данных припоев []. Хорошие результаты показал сплав ,5Sn/4Ag/0,5Cu: высокая температура плавления (7 °С) делает его идеальным для пайки изделий, работающих при температуре < 5 °С; при некоторых испытаниях он показал лучшую стойкость к переменным температурам, чем Sn-Ag- припой. Для пайки без свинца могут использоваться сплавы олова с медью, серебром, висмутом, индием, цинком. Сплав олова с висмутом с малым содержанием олова не намного дороже свинцового сплава, однако имеет низкую температуру плавления (9 °С). В качестве припоев рекомендуется использовать трех- и четырехкомпонентные сплавы: -Ag/-Cu/-Zn; -Ag/-Си/-Sn; -Ag/-Cu/ll-Sn/6-9Zn. Из-за высокой температуры плавления на сборочных операциях ППИ данные припои, по всей видимости, не найдут широкого применения. Ag/0,5-2Zn/2-3Bi/Sn - остальное. Ag/2-6Bi/2-6In/Sn - остальное. При решении вопроса о надежности паяных соединений, наряду с выбором оптимальных способов и режимов пайки, необходимо учитывать состав и свойства паяемых покрытий.