Технология микро- и наноэлектроники
УДК 621. 3.049.77.002
АНУФРИЕВ Д.Л., КЕРЕНЦЕВ А.Ф.,

ЛАНИН В.Л.
МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ НА
ПРИПОЙ ВИБРАЦИОННОЙ ПАЙКОЙ В ФОРМИРГАЗЕ
НПО Интеграл, РУП Завод Транзистор,
г.Минск, Республика Беларусь,AKerentsev@transistor.com.by
Современный этап производства мощных транзисторов харак-
теризуется непрерывным повышением требований к качеству и экс-
плуатационной надежности. Одним из методов управления их качест-
вом является стабилизация технологического процесса монтажа
кристаллов за счет использования автоматизированного оборудования
[1]. На предприятиях электронной промышленности постсоветского
пространства, основные способы присоединения кристаллов мощных
транзисторов на припой с использованием кассетной технологии пай-
ки в конвейерных водородных печах и форвакуумной пайки, являют-
ся пассивными процессами, т.к. при этом кристалл находится в стати-
ческом состоянии. Пассивный процесс монтажа кристаллов
характеризуется повышенным содержанием дефектов в паяном соеди-
нении в виде пустот. Формирование таких скрытых дефектов под ак-
тивной транзисторной структурой негативно сказывается на надежно-
сти транзисторов с мощностью рассеивания Рмах ≥ 100 Вт в
экстремальных условиях эксплуатации [2,3]. Автоматизированный
монтаж кристаллов, за счет активации процесса, позволяет до мини-
мума свести дефектообразование в паяном соединении. В крупносе-
рийном производстве для присоединения кристаллов вибрационной
пайкой эффективен автомат ЭМ-4085-14М фирмы "ПЛАНАР" (Бела-
русь), в состав которого входят микропроцессорный контроллер, опти-
ко-телевизионная система распознавания кристаллов, линейный шаго-
вый двигатель перемещения кристаллов, двухкоординатный стол
сварочной головки, магазинный механизм автоматической подачи
корпусов.
Исследование активного процесса монтажа проводилось для
мощных транзисторов с площадью кристалла 25 мм2. Для обеспечения
эффективного смачивания кристалла расплавленным припоем на не-
планарную поверхность нанесена система металлизации Ti-Ni-Ag.
Присоединение кристаллов на рамку выводную из медного сплава
CuSn-0,15, покрытую слоем никеля толщиной 3÷6 мкм, выполнялось
на припой SnAgSn на автомате ЭМ4085-14М в среде формиргаза
(азот: водород= 85:15 %).
Дозы расплавленного припоя в зону монтажа кристалла нано-
сятся автоматически дозатором, представляющий собой проволочный

155

припой 1-0.07 мм марки ПСрОСу-8, намотанный на пластмассовую
катушку, закрепленную в устройстве с шаговым двигателем. Подача
проволоки припоя в зону лужения осуществляется зубчатыми ролика-
ми и приводом линейного шагового двигателя. Количество управляю-
щих импульсов, обеспечивающих необходимую дозу припоя, про-
граммируется. Активация процесса присоединения кристаллов
программируется параметрами вибрации принудительным движением
кристаллов по криволинейной замкнутой траектории. При амплитуде
колебаний кристалла более 400 мкм за 5-6 периодов колебаний проис-
ходит эффективное удаление окисных пленок и шлаков за пределы
активной зоны, обеспечивая равномерную толщину припоя в соедине-
нии. Результаты контроля толщины паяного соединения для разных
параметров вибрации представлены на рис.1.

Рис.1. Зависимость толщины припоя под кристаллом при разной ам-
плитуде вибрации: 1 - амплитуда 100 мкм; 2 - амплитуда 700 мкм.
Контроль приборов после изготовления опытных партий при
использовании различных режимов вибрации в процессе напайки кри-
сталлов показал, что при малой дозе припоя (100 имп) выход годных
составляет 93,5 - 95,0%. Малая амплитуда колебаний кристалла в пре-
делах 250 мкм не позволяет получить сплошной паяный шов под кри-
сталлом.
Качество паяного соединения ухудшается из-за образований
локальных несмоченных припоем участков, располагаемых вблизи
центральной части кристалла, а площадь непропаев может достигать
25--30% площади активной транзисторной структуры. Образующиеся
неоднородности способствуют увеличению теплового сопротивления
(рис. 2), искажению теплового фронта и перегреву кристалла, что сни-
жает выход годных изделий до 88,2 - 93,5%.
156

Технология микро- и наноэлектроники

Рис. 2. Зависимость теплового сопротивления от толщины припоя
При дозах припоя более 150 имп., выход годных находился в
пределах 96,3-97,8%, припой, растекаясь за пределы кристалла, эф-
фективно заполняет все пространство под кристаллом и паяный шов
образуется без пор, пустот и щелей. Увеличение параметров вибрации
по координатам x, y и амплитуды вибраций более 750 мкм приводит к
значительному растеканию припоя за пределами активной структуры и
росту механических напряжения активной структуры до 155 МПа,
обусловленных различием ТКЛР кристалла и медного кристаллодер-
жателя. При амплитуде вибраций 500 мкм образуется не только безде-
фектное паяное соединение, но и достигается заданная толщина при-
поя в пределах 30-35 мкм, что позволяет получить выход годных по
электрическим параметрам на уровне 95,5-97,8%.
Таким образом, для снижения термических напряжений в кри-
сталле и повышения устойчивости к термоциклическим нагрузкам и
эффективному отводу тепла необходимо параметрами вибрации обес-
печивать толщину паяного соединения под кристаллом на уровне 30-
35мкм.

1. Ануфриев Л.П., Ланин В.Л., Керенцев А.Ф. Статистическое регули-
рование технологического процесса монтажа кристаллов мощных
транзисторов // Elektronika iz Elerktrotechnika; Letyvia. - 2000. - 3
(26) S. 29-32.
2. Синкевич В.Ф. Физические основы диагностирования предельных
состояний и обеспечения надежности мощных транзисторов //
Электронная промышленность, 1990.- Вып.6.- С.19-26.
3. Satabakhsh K. Die ejects process control: a key to success in die bonding.
// Solid State Technology, 1990, 33, 2. - P. 64 -66 .


157