Автоматизированный монтаж кристаллов транзисторов вибрационной пайкой

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Автоматизированный монтаж кристаллов транзисторов вибрационной пайкой

Проблемы монтажа кристаллов

Эксплуатационная надежность мощных транзисторов определяется, главным образом, их теплоэлек-трическим состоянием, которое формируется на стадии присоединения кристалла к корпусу. При этом возможно образование скрытых дефектов (пустот, микротрещин, сколов), которые приводят к образованию участков под кристаллом с аномально высоким тепловым сопротивлением. Если площадь дефектов невелика по сравнению с площадью кристалла и не затрагивает активной структуры транзистора, то основная часть изделий имеет низкий уровень

теплового сопротивления. Однако в процессе длительной эксплуатации в условиях экстремальных термоциклических воздействий такие изделия могут оказаться потенциально-ненадежными из-за развития микротрещин до активной структуры. Уровень остаточных термических напряжений во многом зависит от качества присоединения кристаллов на припой [ 1 ].

Существуют следующие методы монтажа кристаллов на выводные рамки: пайкой эвтектическими сплавами или легкоплавкими припоями, приклеиванием, посадкой на токопроводящую композицию. Все они должны обеспечить высокую прочность соединений при термоциклировании и механических нагрузках, низкое электрическое и тепловое сопротивление, минимальное механическое воздействие на кристалл и отсутствие загрязнений.

Если кристаллы приборов имеют значительную мощность рассеяния (более 0,5 Вт), то между подложкой кристалла и посадочной площадкой выводной рамки необходимо создать токопроводящий электрический контакт с незначительным электрическим и тепловым сопротивлением, что достигается использованием методов пайки. Для тех приборов, в которых мощность рассеяния кристалла невелика, а электрическое сопротивление между подложкой кристалла и рамкой незначительно влияет на работу прибора, кристалл приклеивают на токопроводящую

композицию [2].

Посадка кристалла на эвтектические сплавы, помимо технологических трудностей (высокие температуры, золотое покрытие), имеет и другие недостатки. Ввиду малой пластичности эвтектики Au-Si и разницы в коэффициентах термического расширения кристалла и рамки в напаянном кристалле возникают значительные механические напряжения, что приводит к сколам кристаллов при пайке, последующих технологических операциях и механических испытаниях, а также к снижению надежности приборов.

Тепловую модель мощного транзистора с напаянным кристаллом на кристаллодержатель можно представить в виде трех многослойных параллелепипедов, которые имитируют кристалл с плоским источником тепла на его поверхности, слой припоя заданной толщины и участок кристаллодержателя, ограниченного размерами паяного соединения (рис. 1). Тепловое сопротивление напаянного кристалла, исходя из упрощенной тепловой модели [3], можно определить из выражения:

При толщине паяного соединения, равной 50 мкм, расчетное значение Rthjc составляет 0,545 °С/Вт, и при этом выполняется необходимое условие Rtрасч <Rthjc. На зарубежных образцах изделий фирм Siemens и International Rectifier реальная толщина припоя под кристаллом составляет 45-60 мкм.

При выборе нижнего предела следует иметь в виду то, что существует критическая величина паяного соединения, ниже которой резко снижается надежность изделий в экстремальных условиях эксплуатации из-за возникновения внутренних механических напряжений, превышающих допустимый уровень для данной конструкции прибора. Согласно [4] для ИМС и полупроводниковых приборов с площадью кристалла более 25 мм минимальная толщина соединения «кристалл-корпус» должна быть не менее 25 мкм. Максимальное напряжение,

возникающее при охлаждении кристалла, определяется выражением:

Внутренние напряжения в напаянном кристалле могут достигать 50-65 МПа и при воздействии термоциклических нагрузок привести к образованию трещин в кристалле. Так как при уменьшении толщины припоя внутренние напряжения возрастают, то с целью обеспечения надежности изделий целесообразно выбирать толщину припоя в пределах 25-50 мкм.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов