close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2336594

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 336 594
(13)
C1
(51) МПК
H01L 21/52
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2007110594/28, 22.03.2007
(72) Автор(ы):
Зенин Виктор Васильевич (RU),
Бокарев Дмитрий Игоревич (RU),
Р гузов Александр Владимирович (RU),
Хишко Ольга Владимировна (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
22.03.2007
(45) Опубликовано: 20.10.2008 Бюл. № 29
Адрес дл переписки:
394026, г.Воронеж, Московский пр-кт, 14,
ГОУВПО "ВГТУ", патентный отдел
2 3 3 6 5 9 4
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к области изготовлени БИС и СБИС, имеющих большую площадь
кристаллов, путем бесфлюсовой пайки в вакууме,
водороде, аргоне, формир-газе и др. Оно может
быть использовано при сборке кремниевых
кристаллов в корпусы силовых полупроводниковых
приборов путем пайки различными припо ми.
Сущность изобретени - система монтажа
полупроводникового
кристалла
к
основанию
корпуса содержит кремниевый кристалл и медный
корпус, между которыми установлен буферный
элемент с образованием па ного шва. Буферный
элемент выполнен в виде сетки, нижн сторона
сетки представл ет собой набор проволок из меди,
а верхн сторона - проволоки из Мо, W или их
сплавов, при этом нижн сторона сетки
размещена в канавках основани корпуса, которые
имеют форму равнобочных трапеций с размером в
нижней части 1,0d, в верхней 1,2d и глубиной
1,0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны
сетки, а диаметр проволок верхней стороны сетки
выбран из услови получени заданной толщины
па ного шва. Изобретение позвол ет обеспечить
снижение непропаев в па ном шве, повышение
прочности па ного соединени , улучшение
теплоотвода от кристалла к корпусу, снижение
термических напр жений в системе кристалл па ный шов - корпус. 2 ил.
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) СИСТЕМА МОНТАЖА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА К ОСНОВАНИЮ КОРПУСА
2 3 3 6 5 9 4
(73) Патентообладатель(и):
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образовани "Воронежский государственный технический
университет" (RU)
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2033659 С1, 20.04.1995. RU 2167469
C2, 27.12.2006. RU 2005119238 A1, 27.12.2006.
US 5105258 A, 14.04.1992. US 5089439 A,
18.02.1992. WO 03/075337 A1, 12.09.2003.
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 336 594
(13)
C1
(51) Int. Cl.
H01L 21/52
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007110594/28, 22.03.2007
(72) Inventor(s):
Zenin Viktor Vasil'evich (RU),
Bokarev Dmitrij Igorevich (RU),
Rjaguzov Aleksandr Vladimirovich (RU),
Khishko Ol'ga Vladimirovna (RU)
(24) Effective date for property rights: 22.03.2007
(45) Date of publication: 20.10.2008 Bull. 29
2 3 3 6 5 9 4
EFFECT: reduction of dry seams, soldered seam
higher
strength,
better
heat
sink,
reduced
thermal strains in chip-soldered seam-cases system.
2 dwg
R U
(57) Abstract:
FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to production of
LSIs and VLSIs with a large area of ships by fluxfree soldering in vacuum, hydrogen, argon,
forming gas etc. and can be used in assembling
silicon chips in the silicon solid state unit
cases by soldering using various solders. The
proposed system of wiring the solid state chip to
the case base comprises a silicon chip and a
copper case with a buffer element arranged there
between to make a soldered seam. The buffer
element represents a screen, its lower side being
made of a set of copper wires and its upper side
a set of wires made in Mo, W or their alloys.
Note that the screen lower side is arranged in
the case base equal-side trapezoidal grooves,
their bottom size making 1.0d, top side being
equal to 1.2d and depth making 1.0d, where d is
the screen lower side wire diameter and the
screen top upper side wire diameter is selected
subject to preset soldered seam thickness.
Страница: 2
EN
C 1
C 1
(54) SYSTEM OF WIRING SOLID STATE CHIP TO CASE BASE
2 3 3 6 5 9 4
(73) Proprietor(s):
Gosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie
vysshego professional'nogo obrazovanija
"Voronezhskij gosudarstvennyj tekhnicheskij
universitet" (RU)
R U
Mail address:
394026, g.Voronezh, Moskovskij pr-kt, 14,
GOUVPO "VGTU", patentnyj otdel
RU 2 336 594 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к области изготовлени БИС и СБИС, имеющих большую
площадь кристаллов, путем бесфлюсовой пайки в вакууме, водороде, аргоне, формир-газе
и др. Оно может быть использовано при сборке кремниевых кристаллов в корпуса силовых
полупроводниковых приборов путем пайки различными припо ми.
Разработка способов монтажа полупроводниковых кристаллов большой площади к
основани м корпусов ИЭТ - это актуальна задача, на решение которой направлены
усили всех специалистов, работающих в области полупроводниковой микроэлектроники.
Существуют различные способы пайки полупроводниковых кристаллов к основани м
корпусов.
Известен способ пайки /1/ полупроводникового кристалла к корпусу, по которому между
кристаллом и корпусом размещают фольгу припо , а пайку провод т в среде водорода или
в вакууме.
К недостаткам данного способа следует отнести неизбежность образовани пустот и
непропаев в па ном шве, особенно при пайке кристаллов большой площади, что
уменьшает прочность па ного соединени . Кроме того, па ный шов, формируемый с
использованием фольги припо большой толщины, ухудшает теплоотвод от кристалла к
корпусу.
Известен /2/ корпус электронного прибора с каналом сн ти напр жений. Дл согласовани температурных коэффициентов линейного расширени корпуса и кристалла
между ними размещаетс термокомпенсатор из Мо, W или стали, плакированной медью,
толщиной более 0,25 мм. При этом на дне основани корпуса сформирована замкнута трапециевидна канавка глубиной 20-40% его толщины.
Недостатком данной конструкции вл етс получение па ных швов толщиной более 0,25
мм, что ухудшает теплоотвод от кристалла к корпусу. Кроме того, замкнута канавка
способствует по влению непропаев в па ном шве из-за нарушени капилл рного течени припо при пайке.
Наиболее близким по технической сущности за вл емого изобретени вл етс металлическа система дл монтажа полупроводникового кристалла на основание корпуса
/3/, заключающа с в том, что дл преодолени несогласованности материалов кристалла
и основани корпуса по величине их температурных коэффициентов линейного
расширени в полость помещаетс буферный элемент (термокомпенсатор) в виде
пр моугольной пластинки из Мо, W или их сплавов с Cu, покрытой слоем Ni или Со.
Элемент монтируетс в полость пайкой или сваркой, а кристалл крепитс на нем
стеклоадгезивом с Ag-наполнителем.
Основным недостатком данной конструкции вл етс повышение трудоемкости
производства полупроводниковых изделий, св занных с креплением термокомпенсатора.
Кроме того, пр моугольна форма термокомпенсатора ухудшает затекание
расплавленного припо , что приводит к по влению пустот. Более того, однородный
материал термокомпенсатора не позвол ет существенно снизить термические напр жени в системе кристалл - па ный шов - корпус.
Задача, на решение которой направлено за вл емое решение, - это снижение
непропаев в па ном шве; повышение прочности па ного соединени ; улучшение
теплоотвода от кристалла к корпусу; снижение термических напр жений в системе
кристалл - па ный шов - корпус.
Эта задача достигаетс тем, что в системе монтажа полупроводникового кристалла к
основанию корпуса, содержащей кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми
установлен буферный элемент с образованием па ного шва, с целью снижени непропаев
в па ном шве, повышени прочности па ного соединени , улучшени теплоотвода от
кристалла к корпусу, снижени термических напр жений в системе кристалл - па ный
шов - корпус буферный элемент выполнен в виде сетки, нижн сторона сетки
представл ет собой набор проволок из меди, а верхн сторона - проволоки из Мо, W или
их сплавов, при этом нижн сторона сетки размещена в канавках основани корпуса,
которые имеют форму равнобочных трапеций с размером в нижней части 1,0d, в верхней
Страница: 3
DE
RU 2 336 594 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1,2d и глубиной 1,0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны сетки, а диаметр
проволок верхней стороны сетки выбран из услови получени заданной толщины па ного
шва.
Сравнение за вл емой системы монтажа полупроводникового кристалла к основанию
корпуса с другими системами /1-3/ из известного уровн техники также не позволило
вы вить в них признаки за вл емые в отличительной части формулы.
Сущность изобретени по сн етс чертежами, на которых схематично изображены:
на фиг.1 - схема сборки кристалла с основанием корпуса перед пайкой;
на фиг.2 - схема па ного соединени кристалла с основанием корпуса с помощью
разработанной системы.
Примером использовани системы монтажа полупроводникового кристалла к основанию
корпуса может служить сборка кремниевых кристаллов (температурный коэффициент
линейного расширени (ТКЛР) ?=2,3?10 -6 К -1) к основани м медных
корпусов (?=16,6?10 -6 К -1). На па емую поверхность кристалла в составе пластины по
известной технологии нанос т пленочную металлизацию. Дл сборки используютс корпусы с канавками в виде равнобочных трапеций. Буферный элемент выполнен в виде
сетки, нижн сторона сетки представл ет собой набор проволок из
меди (?=16,6?10 -6 К -1), а верхн сторона - проволоки из Мо (?=5,9?10 -6 К -1),
W (?=4,3?10 -6 К -1) или их сплавов.
Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса реализуетс по
схеме (фиг.1-2), содержащей основание 1 с канавками 2 в виде равнобочных трапеций, в
которые вставл етс нижн сторона сетки, имеюща проволоки 3. На верхнюю сторону
сетки из проволок 4, диаметр которых определ ет заданную толщину па ного шва,
размещают навеску припо 5, а затем кристалл 6.
Сетка изготовлена из различных материалов. Например, дл монтажа кремниевого
кристалла на основание медного корпуса нижн сторона сетки представл ет собой набор
проволок 3 из меди, а верхн сторона - проволоки 4 из Мо, W или их сплавов. При этом
диаметр проволок 4 выбирают из услови получени заданной толщины па ного шва.
Фиксаци кристаллов относительно корпусов осуществл етс в прецизионных кассетах.
В процессе нагрева до температуры пайки припой заполн ет чейки сетки и канавки
основани корпуса с образованием па ного шва 7 одинаковой толщины по всей площади
кристалла.
Так как проволоки нижней стороны сетки вставл ютс в канавки, имеющие форму
равнобочных трапеций, то существенно повышаютс площадь и прочность па ного шва.
Снижение остаточных напр жений в системе кристалл - па ный шов - корпус
осуществл етс за счет того, что буферный элемент выполнен в виде сетки из металлов с
различными ТКЛР.
Улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу достигаетс формированием па ного
шва определенной толщины.
Форма канавки в виде равнобочной трапеции с размером в верхней части, равном 1.2d,
в нижней - 1.0d при глубине 1.0d, где d - диаметр проволоки нижней стороны сетки
(фиг.1-2) способствует полному заполнению канавки припоем и обеспечивает
равномерность толщины па ного шва по всей площади с кристаллом (фиг.2).
Глубина канавки, равна 1.0 диаметру проволоки, исключает коробление верхней
стороны сетки и способствует получению па ного шва заданной толщины.
Ширина канавки в нижней части, равна 1.0 диаметру проволоки нижней стороны сетки,
обеспечивает центрирование сетки как в процессе сборки, так и при пайке.
Ширина канавки в верхней части, равна 1.2 диаметру проволоки нижней стороны сетки,
способствует смачиванию пропоем всей поверхности проволоки и полному заполнению
канавок основани корпуса припоем (фиг.2).
При термоциклировании напр жени сдвига в основном будут максимальными в местах
пересечени проволок, что позволит свести к минимуму термические напр жени в
Страница: 4
RU 2 336 594 C1
5
10
15
кристалле.
Таким образом, использование предлагаемой металлической системы дл монтажа
полупроводникового кристалла к корпусу обеспечивает следующие преимущества:
1. Снижение непропаев в па ном шве;
2. Повышение прочности па ного соединени ;
3. Улучшение теплоотвода от кристалла к корпусу;
4. Снижение термических напр жений в системе кристалл - па ный шов - корпус.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2167469 (RU), Н01L 21/58. Способ пайки
полупроводникового кристалла к корпусу. / Ю.Е.Сегал, В.В.Зенин, Ю.Л.Фоменко,
Б.А.Спиридонов, А.А.Колбенков (RU). - Опубл. в БИ, 2001, №14.
2. Корпус электронного прибора с каналом сн ти напр жений. Electronic package with
stress relief channel: Пат. 5315155 США, МКИ 5 Н01L 23/02 / O'Donnelly Brian E., Mravic
Brian, Crane Jacob, Mahulikar Deepak; Olin Corp. - №912535; За вл. 13.07.92; Опубл.
24.05.94; НКИ 257/711.
3. Металлическа система дл посадки полупроводникового кристалла. Metal system for
semiconductor die attach: Пат. 5105258 США, МКИ 5 Н01L 39/02 / Silvis Duane С.,
Chaudhry Udey, Eckert James R., Mischen Edward J.; Motorola, Inc. - №616970; За вл.
21.11.90; Опубл. 14.04.92; НКИ 357/71.
20
25
30
Формула изобретени Система монтажа полупроводникового кристалла к основанию корпуса, содержаща кремниевый кристалл и медный корпус, между которыми установлен буферный элемент с
образованием па ного шва, отличающа с тем, что буферный элемент выполнен в виде
сетки, нижн сторона сетки представл ет собой набор проволок из меди, а верхн сторона - проволоки из Мо, W или их сплавов, при этом нижн сторона сетки размещена
в канавках основани корпуса, которые имеют форму равнобочных трапеций с размером в
нижней части 1,0d, в верхней - 1,2d и глубиной 1,0d, где d - диаметр проволоки нижней
стороны сетки, а диаметр проволок верхней стороны сетки выбран из услови получени заданной толщины па ного шва.
35
40
45
50
Страница: 5
CL
RU 2 336 594 C1
Страница: 6
DR
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
130 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа