mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2017-1-51-59mateltech-246Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ КРЕМНИЕВЫХ КРИСТАЛЛОВ МОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ В ИХ КОРПУСАSTUDY OF HIGH POWER TRANSISTOR SILICON CHIP SOLDERING IN HOUSINGSАносовВ. С.AnosovV. S.

Аносов Василий Сергеевич — зам. директора НТК.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187.

Vasily S. Anosov: Deputy Director of the Scientific−Technical Complex.

27 Okruzhnoy Proezd, Moscow 105187.

ГомзиковД. В.GomzikovD. V.

Гомзиков Денис Васильевич — старший инженер−технолог.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187.

 Denis V. Gomzikov: Senior Process Engineer.

27 Okruzhnoy Proezd, Moscow 105187.

ИчетовкинМ. И.IchetovkinM. I.

Ичетовкин Максим Иванович — инженер−технолог 1 кат.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187.

Maxim I. Ichetovkin: Process Engineer.

27 Okruzhnoy Proezd, Moscow 105187.

СейдманЛ. А.SeidmanL. A.

 Сейдман Лев Александрович — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, ведущий специалист.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187.

 Lev A. Seidman: Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, Leading Specialist. 

27 Okruzhnoy Proezd, Moscow 105187.

seid1@yandex.ruТычкинР. И.TychkinR. I.

Тычкин Роман Игоревич — начальник НИЦИТа.

Окружной проезд, д. 27, Москва, 105187.

Roman I. Tychkin: Head of Research Centre of Innovative Technologies.

27 Okruzhnoy Proezd, Moscow 105187.

АО «Государственный завод «Пульсар»».РоссияGZ Pulsar JSC.Russian Federation2017220520182015159Copyright © Аносов В.С., Гомзиков Д.В., Ичетовкин М.И., Сейдман Л.А., Тычкин Р.И., 20182018Аносов В.С., Гомзиков Д.В., Ичетовкин М.И., Сейдман Л.А., Тычкин Р.И.Anosov V.S., Gomzikov D.V., Ichetovkin M.I., Seidman L.A., Tychkin R.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/246

Качество монтажа кристаллов транзисторов в их корпусах характеризуется тепловым сопротивлением собранного транзистора. Достижение низкого значения теплового сопротивления особенно важно для мощных кремниевых транзисторов. Существует несколько способов монтажа кристаллов мощных кремниевых транзисторов в корпуса приборов с помощью пайки, в частности, эвтектикой золото—кремний, свинцовым припоем ПСр−2,5 или бессвинцовыми припоями, например сплавом золото—олово. Рассмотрена возможность сокращения трудоемкости и стоимости изготовления кремниевых транзисторов при сохранении низкого теплового сопротивления. Проведено экспериментальное исследование замены пайки кристаллов эвтектикой золото—кремний пайкой главным образом преформой из припоя ПСр−2,5, а также некоторыми паяльными пастами. Это дает экономию золота и увеличение производительности операции монтажа кристаллов за счет использования групповой технологии пайки. Одновременно исследовано влияние на значение теплового сопротивления способа обработки обратной стороны кристаллов и их утонения. Для повышения качества пайки применена предварительная металлизация обратной стороны кремниевой пластины покрытием Ti—Ni, что значительно облегчило процесс пайки. Экспериментальная работа по переходу на пайку свинцово−серебряными припоями проведена на кристаллах мощного серийного транзистора КТ−866, монтируемых в корпуса КТ−57. При площади кристалла 24 мм2 тепловое сопротивление транзистора с утоненным кристаллом составило примерно 0,6 К/Вт, что ниже значения для серийно выпускаемых транзисторов. Значение теплового сопротивления транзистора с не утоненным кристаллом составило примерно 0,8 К/Вт, что ниже предельно допустимого для данного прибора значения 1,0 К/Вт.

The aim of this work is to find out the possibility to reduce the laboriousness and cost of high−power silicon transistors manufacturing with retention of their low thermal resistance. To this end we carried out experimental research of replacement soldering silicon chips in the housing transistors of Au—Si solder for lead−silver solder and some other solders. This will reduce the consumption of gold and increase the productivity of the high−power transistors silicon chips installation due to the collective technology application. At the same time it was found that different treatments of the reverse side of the silicon wafer and their thinning influence the thermal resistance. To improve the quality of soldering we used preliminary metallization of the reverse side of the silicon wafer — Ti—Ni coating. We performed experimental evaluation of the influence of the outer layer materials of the housings and the back side metallization of the chips. When one utilizes soldering silicon chips with lead−silver solder, the housing with a nickel outer layer has the advantage, rather than the gold−plated one, as far as the resulting thermal resistance was lower and the absence of gold made the technology cheaper. We obtained a thermal resistance of 0.6 K/W for a chip area of 24 mm2.

кремниевые кристаллымощные транзисторыприборымонтаж кристалловпайка сплавомметаллизация кремниякорпуса приборовтепловое сопротивлениеSilicon devicesinstallation of crystals of silicon devicesthe soldering alloysilicon metallizationhousing devicesthermal resistanceReferencesАносов В. С., Гомзиков Д. В., Пашков М. В., Сейдман Л. А., Тычкин Р. И., Фомин В. М. Исследование технологии монтажа кремниевых кристаллов пайкой эвтектическим сплавом золото— кремний // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. − 2016. − № 3. − C. 4—12.Anosov V. S., Gomzikov D. V., Pashkov M. V., Seidman L. A., Tychkin R. I., Fomin V. M. Investigation of silicon die braze bonding method using Au−Si eutectic alloy. Elektronnaya tekhnika. Ser. 2. Poluprovodnikovye pribory = Electronic engineering. Series 2. Semiconductor device, 2016, no. 3, pp. 4—12. (In Russ.)Аносов В. С., Гомзиков Д. В., Пашков М. В., Сейдман Л. А., Тычкин Р. И., Фомин В. М. Исследование технологии монтажа кремниевых кристаллов мощных транзисторов в позолоченные и никелированные корпуса с помощью сплава ПСр−2,5 // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. − 2016. − № 4. − C. 4—10.Anosov V. S., Gomzikov D. V., Pashkov M. V., Seidman L. A., Tychkin R. I., Fomin V. M. Research of the installation of the power transistors silicon chips in gold−plated and nickel−plated housings with a ПСр 2.5 alloy. Elektronnaya tekhnika. Ser. 2. Poluprovodnikovye pribory = Electronic engineering. Series 2. Semiconductor device, 2016, no. 4, pp. 4—10. (In Russ.)Indium #182 (80Au20Sn) припой в виде пасты // http:// www.ostec-materials.ru/materials/indium-182-80au20sn-pripoyv-vide-pasty.phpIndium #182 (80Au20Sn) solder paste [Indium #182 (80Au20Sn) brazing pastes]. URL: http://www.ostec-materials.ru/materials/indium-182-80au20sn-pripoy-v-vide-pasty.php (accessed: 23.12.2016). (In Russ.)Кондратюк Р. Свойства и особенности применения припоя 80Au20Sn в сборке изделий микроэлектроники // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. − 2015. − № 10(150). − C. 154—160.Kondratyuk R. 80Au20Sn solder − properties and application features. Elektronika: Nauka, Tekhnologiya, Biznes = Electronics: Science, Technology, Business, 2015, no. 10, pp. 154—160. (In Russ.)Forman R. S., Minogue G. The basics of wafer−level AuSn soldering // Chip Scale Review. − 2004. − Т. 8, № 7. − C. 55—59.Forman R. S., Minogue G. The basics of wafer−level AuSn soldering. Chip Scale Review, 2004, vol. 8, no. 7, pp. 55—59.Minogue G., Mullapudi R. A novel approach for hermetic wafer scale MEMS RF and GaAs packaging // CS ManTech, 2015. URL: http://csmantech.org/OldSite/Digests/2005/2005papers/9.3.pdfMinogue G., Mullapudi R. A novel approach for hermetic wafer scale MEMS RF and GaAs packaging, CS ManTech, 2015. URL: http://csmantech.org/OldSite/Digests/2005/2005papers/9.3.pdfМухина Е. Технология обработки ультратонких полупроводниковых пластин // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. − 2009. − № 3. − C. 80—81.vMukhina E. Ultrathin semiconductor wafers processing technology. Elektronika: Nauka, Tekhnologiya, Biznes = Electronics: Science, Technology, Business, 2009, no. 3, pp. 80—81. (In Russ.)Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т. − М.: Машиностроение, 2001. − Т. 3. [Кн. 1]. 872 с.Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem: Spravochnik: V 3 t. [Binary constitutional diagram for metals: Handbook: In 3 volumes]. Moscow: Mashinostroenie, 2001. Vol. 3, book 1, 872 p. (In Russ.)ГОСТ 19738-74: Припои серебряные. Марки.GOST 19738−74: Pripoi serebryanye. Marki [GOST Standard 19738−74: Silver solders. Types]. (In Russ.)Indium флюс-гели (020В, 018, 025, 010, 007 и 0120) // http://www.ostec-materials.ru/materials/indium-flyus-geli-020v018-025-010-007-i-012.phpIndium gel flux (020В, 018, 025, 010, 007 and 012). URL: http://www.ostec-materials.ru/materials/indium-flyus-geli-020v018-025-010-007-i-012.php (accessed: 23.12.2016). (In Russ.)Валев С. Вакуумная пайка в производстве силовой электроники. Современное решение для лабораторного и крупносерийного производства // Силовая электроника. − 2006. − № 9. − C. 104—108.Valev S. Vacuum soldering in power electronics production. Modern solution for laboratory production and high−volume fabrication. Silovaya elektronika = Power Electronics, 2006, no. 9, pp. 104—108. (In Russ.)Кантер А. Вакуумная пайка — залог качественного паяного соединения // Технологии в электронной промышленности. − 2013. − № 6. − C. 30—33. URL: http://budatec.ru/fileadmin/articles/Statja_vakuumnaja_paika.pdfKanter A. Vacuum soldering — the key to the high quality braze joint. Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti = Technologies in Electronic Industry, 2013, no. 6, pp. 30—33. (In Russ.). URL: http://budatec.ru/fileadmin/articles/Statja_vakuumnaja_paika.pdfChao Yuan, Bin Duan, Lan Li, Bofeng Shang, Xiaobing Luo. An improved model for predicting thermal contact resistance at liquid−solid interface // Internat. J. Heat and Mass Transfer. − 2015. − V. 80. − P. 398—406. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.09.048Chao Yuan, Bin Duan, Lan Li, Bofeng Shang, Xiaobing Luo. An improved model for predicting thermal contact resistance at liquid−solid interface. Internat. J. Heat and Mass Transfer, 2015, vol. 80, pp. 398—406. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.09.048Prasher R. S. Rheology based modeling and design of particle laden polymeric thermal interface materials // Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, 2004. ITHERM'04. The Ninth Intersociety Conference on. − Las Vegas (NV, USA) : IEEE, 2004. − P. 36—44. DOI: 10.1109/ITHERM.2004.1319151Prasher R. S. Rheology based modeling and design of particle laden polymeric thermal interface materials. Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, 2004. ITHERM’04. The Ninth Intersociety Conference on. Las Vegas (NV, USA): IEEE, 2004, pp. 36—44. DOI: 10.1109/ITHERM.2004.1319151Hopkins P. E. Thermal transport across solid interfaces with nanoscale imperfections: effects of roughness, disorder, dislocations, and bonding on thermal boundary conductance // ISRN Mechanical Eng. − 2013. − Art. N 682586 (19 p.).Hopkins P. E. Thermal transport across solid interfaces with nanoscale imperfections: effects of roughness, disorder, dislocations, and bonding on thermal boundary conductance . ISRN Mechanical Eng., 2013, article no. 682586. pp. 1—19. DOI: 10.1155/2013/682586Керенцев А. Ф., Ланин В. Л. Конструктивно−технологические особенности MOSFET−транзисторов // Силовая электроника. − 2007. − № 4. − C. 100—104.Kerentsev A. F., Lanin V. L. Constructive−technological features of MOSFETs. Silovaya elektronika = Power Electronics, 2007, no. 4, pp. 100—104. (In Russ.)Ланин В. Л., Ануфриев Л. П. Монтаж кристаллов IGBT− транзисторов // Силовая электроника. − 2009. − № 2. − C. 94—99.Lanin V. L., Anufriev L. P. IGBTs die bonding. Silovaya elektronika = Power Electronics, 2009, no. 2, pp. 94—99. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.