. ЗЕМЛЯНСКИЙ Александр Иванович. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СБОРКУ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ (SiC И GaN)
ЗЕМЛЯНСКИЙ Александр Иванович. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СБОРКУ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ (SiC И GaN)

ЗЕМЛЯНСКИЙ Александр Иванович. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СБОРКУ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ (SiC И GaN)

1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» На правах рукописи ЗЕМЛЯНСКИЙ Александр Иванович ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СБОРКУ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ (SiC И GaN) Специальность: Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ЗЕНИН В.В. Воронеж 2017

2 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 5 ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СБОРКИ ППИ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ СВЧ транзисторы на основе нитрида галлия Нитрид галлия в производстве полупроводниковых изделий СВЧ транзисторы на основе нитрида галлия Металлизация кристаллов GaN для сборки СВЧ транзисторов Карбид кремния в производстве полупроводниковых изделий Диоды Шоттки на основе SiC Корпуса для диодов Шоттки на основе SiC Покрытия кристаллов карбида кремния и корпусов для сборки полупроводниковых приборов Особенности сборки силовых полупроводниковых приборов на основе карбида кремния Методы, приборы и оборудование, используемые для проведения экспериментов 26 Выводы и постановка задач для исследований и разработок 27 ГЛАВА 2. МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ И ВНУТРЕННИХ ВЫВОДОВ В СВЧ ТРАНЗИСТОРАХ НА ОСНОВЕ НИТРИДА ГАЛЛИЯ Пайка кристаллов с образованием эвтектики Si-Au Корпуса для мощных СВЧ транзисторов Припой 80Au20Sn для пайки кристаллов СВЧ транзисторов Исследование смачиваемости и растекания припоя 80Au20Sn по паяемой поверхности позолоченных корпусов КТ-81С и КТ-55С-1 41

3 Пайка кристаллов GaN с использованием припоя 80Au20Sn Конструкции инструментов для ТЗС золотой проволокой Выбор оптимальных режимов термозвуковой сварки золотой проволоки с золотой металлизацией кристалла Формирование внутренних соединений в СВЧ транзисторах на основе GaN Исследование электрических параметров транзисторов ПП9139А Оценка качества напайки кристаллов транзисторов измерением теплового сопротивления «кристалл-корпус» 70 Выводы 72 ГЛАВА 3. МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ И ВНУТРЕННИХ ВЫВОДОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ Монтаж кристаллов в силовых полупроводниковых приборах на основе карбида кремния Сварка внутренних выводов в силовых полупроводниковых приборах Монтаж кристаллов и внутренних выводов в силовых полупроводниковых приборах на основе карбида кремния Сборка силовых полупроводниковых приборов на основе SiC в радиационностойких корпусах Предлагаемая конструкция корпуса на основе алюминия Исследование коррозионной стойкости алюминиевой металлизации кристаллов и корпусов полупроводниковых изделий 86 Выводы 91 ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ 93

4 Медная металлизация с никелевым соединительным слоем в производстве полупроводниковых приборов Исследование микротвердости медной металлизации с никелевым соединительным слоем Выбор режимов приварки Au проволоки к металлизации Cu-Ni расщепленным электродом Приборы на основе GaN в изделиях оптоэлектроники Волоконно-оптическая система передачи информации со спектральным уплотнением 102 Выводы 104 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105 ЛИТЕРАТУРА 107 ПРИЛОЖЕНИЕ : Акт об использовании результатов диссертации на предприятии микроэлектроники 120

5 5 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. В настоящее время потенциальные возможности кремниевой технологии в производстве силовых и мощных СВЧ полупроводниковых изделий (ППИ) практически полностью реализованы. Дальнейшая миниатюризация, повышение надежности, удельной мощности, экономичности, рабочих частот СВЧ аппаратуры требует использования новых полупроводниковых материалов, характеризующихся большой шириной запрещенной зоны и высокой подвижностью зарядов. Такими свойствами обладают карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN). Одним из самых перспективных оптоэлектронных материалов является GaN. Структуры на основе GaN перспективны не только в оптоэлектронике, но и для разработки компонентной базы силовой и СВЧ-электроники диодов Шоттки и СВЧ транзисторов. Электрические параметры полупроводниковых приборов на основе GaN стимулируют ведущие мировые компании разрабатывать и совершенствовать технологию производства ППИ на его основе. GaN ППИ применяются в высокочастотных усилителях мощности L- и S-диапазонов частот, базовых станциях сотовой связи, наземных станциях спутниковой связи, импульсных источниках питания, DC/DC преобразователях, электроприводах, интеллектуальных сетях электропитания Smart Grid. Применение GaN ППИ актуально в электронике военного и гражданского назначения. Для изготовления ППИ на основе GaN и SiC необходимы новые способы и технологии сборки с учетом работы приборов при высоких температурах. В связи с этим требуется разработка новых покрытий кристаллов и корпусов под сборку, выбор высокотемпературных припоев и материалов внутренних выводов, корпусов. Следует помнить, что покрытия под сборку должны обеспечивать не только качественные соединения кристалла с основанием корпуса и внутренними выводами, но и обладать высокой теплопроводностью.

6 6 Диссертация выполнена на кафедре «Полупроводниковая электроника и наноэлектроника» ВГТУ по договору о научно-техническом сотрудничестве с АО «Научно-исследовательский институт электронной техники» и ГБ «Проектирование и разработка технологии изготовления изделий микроэлектроники» гос. рег Цель и задачи работы. Целью работы является решение научнотехнической задачи по влиянию конструктивно-технологических факторов на сборку приборов на основе широкозонных полупроводников (SiC и GaN). Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка технологии сборки мощных СВЧ транзисторов с кристаллами GaN в корпуса КТ-81С и КТ-55С Оптимизация режимов термозвуковой сварки золотой проволоки с золотой металлизацией на GaN кристаллах мощных СВЧ транзисторов. 3. Оценка качества напайки GaN кристаллов транзисторов измерением теплового сопротивления «кристалл-корпус» (R t ). 4. Выбор оптимального способа и технологии монтажа кристаллов SiC. 5. Анализ коррозионной стойкости алюминиевой металлизации, наносимой на соединяемые поверхности для пайки силовых полупроводниковых приборов (СПП) на основе SiC. 6. Разработка технологии монтажа внутренних соединений с использованием ленточных выводов в СПП на основе SiC. 7. Разработка новой конструкции корпуса и технологии сборки радиационностойких СПП на основе SiC, работающих при температурах до 350 С. 8. Выбор способа и технологии сварки золотой проволоки с Cu-Ni металлизацией на контактных площадках кристаллов. Методы исследований. Исследования металлизации на контактных площадках кристаллов и корпусов проводились на электронном микроанализаторе типа JED-2300 Analysis Station и на рентгено-флюоресцентном толщиномере X-STRATA 980.

7 7 Напайка кристаллов транзисторов осуществлялась на автоматизированной высокоточной сборочно-монтажной установке Palomar 3500-III. Разварка внутренних выводов СВЧ транзисторов золотой проволокой проводилась на установке Delvotec Оценка прочности проволочных соединений осуществлялась на установке контроля прочности сварных соединений Delvotec 5600C. Тепловое сопротивление транзисторов измерялось на программноаппаратном стенде, оснащенном инфракрасным тепловизором Thermacam SC655. Измерения параметров транзисторов проводились на автоматизированном стенде контроля параметров СВЧ транзисторов с переменными импедансами источника и нагрузки с использованием программного обеспечения Maury ATS. Измерения микротвердости проводились на цифровом твердомере KB 30S с использованием пирамиды Кнупа. Для формирования соединений золотой проволоки к Cu-Ni металлизации расщепленным электродом использовалась установка УМС-1К. Научная новизна работы. В результате проведенных исследований и разработок получены новые научные и технические результаты: 1. Разработана технология сборки GaN мощных СВЧ транзисторов (напайка кристаллов и монтаж внутренних выводов) в корпуса КТ-81С и КТ-55С-1, проведена оценка качества сборочных операций. 2. Предложена новая технология монтажа внутренних соединений с использованием ленточных выводов в СПП на основе SiC. 3. Предложена новая конструкция корпуса и технология сборки радиационностойких СПП на основе SiC, работающих при температурах до 350 С. 4. Показано, что использование метода сварки «расщепленным» электродом обеспечивает качественное соединение золотой проволоки с Cu-Ni металлизацией на контактных площадках кристаллов.

8 8 Реализация результатов работы, практическая значимость. 1. Разработана технология сборки СВЧ транзисторов на основе GaN в корпусах КТ-81С и КТ-55С Определены оптимальные режимы термозвуковой сварки золотой проволоки диаметром 40 мкм с золотой металлизацией кристалла: Q=45 сн, W=55 условных единиц; τ опт =40 мс. Среднее значение прочности соединений, сформированных на данных режимах, составляет 33 сн. 3. Установлено, что при качественной напайке кристаллов GaN транзисторов типа ПП9139А1 тепловое сопротивление «кристалл-корпус» R t имеет значение 2,3 2,6 С/Вт. 4. На основе анализа существующих способов монтажа кристаллов SiC на основания корпусов СПП рекомендуется проводить пайку на эвтектику Al-Zn с температурой плавления 382 С. 5. Предложена технология пайки внутренних соединений с использованием алюминиевых ленточных выводов с цинковым покрытием в СПП на основе SiC. На способ получен патент на полезную модель Заявл ; опубл Бюл Разработана новая конструкция и технология сборки радиационностойких СПП на основе SiC, отличающаяся от существующих тем, что корпус, внутренние выводы и крышка корпуса выполнены из радиационностойкого материала (алюминия). Соединения между элементами прибора представляют собой эвтектику Al-Zn. 7. С целью повышения коррозионной стойкости алюминиевой металлизации рекомендуется использовать термическое напыление на соединяемые поверхности для пайки радиационностойких СПП на основе SiC. 8. На основе экспериментальных исследований установлено, что для формирования качественных соединений золотой проволоки с металлизацией Cu- Ni на кристаллах оптимальным способом является сварка «расщепленным» электродом.

9 9 Основные положения, выносимые на защиту 1. Технология сборки СВЧ транзисторов с кристаллами GaN в корпусах КТ- 81С и КТ-55С Выбранные режимы термозвуковой сварки золотой проволоки диаметром 40 мкм с золотой металлизацией на GaN кристаллах СВЧ транзисторов. 3. Новая конструкция корпуса и технология сборки радиационностойких СПП на основе SiC, работающих при температурах до 350 С. 4. Режимы сварки «расщепленным» электродом, обеспечивающие качественные соединения золотой проволоки с медной металлизацией, покрытой никелевым соединительным слоем на кристаллах. Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научно-технических семинарах: Международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (Воронеж, 2014); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов, магистрантов и студентов ВГТУ (Воронеж, ); X mezinarodni vědecko - prakticka konference «Aplikovane vědecke novinky » (Прага, 2014); XVIII Международной научно-практической конференции «Современные тенденции развития науки и технологий» (Белгород, 2016); Международной научной конференции «Высокие технологии и инновации в науке» (Санкт-Петербург, 2017). Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретение, 1 заявка на изобретение. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [1 3, 7 18] анализ покрытий, конструкций и способов сборки ППИ на основе GaN и SiC, [2 4, 6 20] разработка технологий сборки ППИ на основе GaN и SiC, [20] исследования свариваемости Au проволоки с Cu-Ni металлизацией, [1 20] обсуждение полученных результатов и подготовка работ к печати. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 112 наименований и акта

10 10 использования результатов диссертации на предприятии микроэлектроники. Работа изложена на 121 странице, содержит 57 рисунков и 14 таблиц. Экспериментальная часть диссертации выполнялась на кафедре «Полупроводниковая электроника и наноэлектроника» ВГТУ и на предприятии АО «Научно-исследовательский институт электронной техники». Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры «Полупроводниковая электроника и наноэлектроника» ВГТУ и предприятия АО «Научноисследовательский институт электронной техники» за оказание помощи в проведении экспериментов.

11 11 ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СБОРКИ ППИ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 1.1. СВЧ транзисторы на основе нитрида галлия Нитрид галлия в производстве полупроводниковых изделий Одним из самых перспективных оптоэлектронных материалов является GaN. Структуры на основе GaN перспективны не только в оптоэлектронике, но и для разработки компонентной базы силовой и СВЧ-электроники диодов Шоттки и СВЧ транзисторов [1]. Нитрид галлия это широкозонный полупроводниковый материал, использующийся в силовой СВЧ и оптоэлектронике. Этот материал характеризуется широкой запрещенной зоной, высокой подвижностью электронов, механической прочностью, низкой чувствительностью к ионизирующему излучению. При комнатной температуре GaN обладает структурой вюрцита. Структура цинковой обманки может наблюдаться в тонких пленках GaN [2, 3]. Основные свойства GaN в сравнении с кремнием, арсенидом галлия, карбидом кремния, алмазом приведены в таблице 1.1 [4]. Таблица 1.1 Основные свойства Si, GaAs, 6H-SiC, 4H-SiC, GaN, алмаза Свойство Si GaAs 6H-SiC 4H-SiC GaN Алмаз Ширина запрещенной зоны, эв 1,12 1,43 3,03 3,26 3,45 5,45 Диэлектрическая проницаемость 11,9 13,1 9,66 10,1 9 5,5 Напряженность электрического поля пробоя, кв/см Подвижность электронов, см 2 /В с Подвижность дырок, см 2 /В с Теплопроводность, Вт/м К Скорость дрейфа электронов в режиме насыщения, 10 7 см/с ,2 2,7

12 12 В настоящее время разработка и совершенствование технологии ППИ на основе GaN является одним из самых приоритетных направлений развития полупроводниковой электроники. В начале 1990-х гг. появились первые эффективные гетероструктуры для транзисторов. Ведущие мировые компании, занимающиеся разработкой и производством ППИ на основе Si и GaAs, начали формировать программы по развитию технологии производства на основе GaN. Первыми фирмами, представившими свои коммерческие продукты, были Cree, RFHIC, Nitronex, Euduna, затем к ним присоединились NXP, Toshiba, RFMD и другие [5]. GaN-приборы успешно вытесняют кремниевые LDMOS-транзисторы и транзисторы на основе GaAs. Они применяются в базовых станциях сотовой связи, кабельном телевещании, системах спутниковой связи и т.д. [6]. По сравнению с транзисторами на GaAs, GaN-транзисторы могут работать в более широкой полосе частот, обеспечивают более высокий КПД стока. Такие транзисторы сохраняют работоспособность при высоких температурах и рабочем напряжении [7 9]. За счет большого входного и выходного сопротивлений, высокой рабочей температуры, радиационной стойкости, линейности твердотельные усилители на основе GaN позволят исключить использование традиционных ламп бегущей волны в аппаратуре космического назначения [10]. В отличие от усилителей на GaAs, GaN-усилители позволяют поднять напряжение питания с 10 В до В. Их высокая устойчивость к воздействию входной мощности позволяет исключить устройства защиты, традиционные для усилителей на GaAs [11, 12]. К современным активным фазированным решеткам самолетного и корабельного базирования предъявляются повышенные требования к надежности, КПД, уровню интеграции широкополосности, выходной мощности. Применение GaN-транзисторов на подложках из SiC является лучшим решением для таких задач [13].

13 13 Подложки для GaN. Основными методами выращивания гетероструктур являются молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) и газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений (МОГФЭ). При МПЭ напыление ростовых материалов проводят в условиях сверхвысокого вакуума. В качестве источников материалов выступают тигели с шихтой, расположенные на значительном расстоянии от подложки. Подложка нагревается до высокой температуры. При МОГФЭ эпитаксиальный рост происходит в реакторе, этот процесс не требует высокого вакуума. При МОГФЭ плотность дислокаций получается значительно меньше, чем при использовании МПЭ за счет более высокой температуры подложки [14]. Параметры подложек для выращивания GaN приведены в таблице 1.2 [2]. Таблица 1.2 Параметры подложек для выращивания GaN Материал Постоян. Несоотв. Теплопроводность КТР (10-6 /K) Удельное решетки отн. GaN (Вт/м K) сопротивление (Å) (%) (Ом см) GaN 3, , H SiC 3,08 3, , H п/и SiC 3,08 3, , Сапфир 4, ,5 - Кремний 5, ,59 0, AlN 3, , Наиболее коммерчески доступным материалом подложки для выращивания эпитаксиального слоя GaN и последующих слоев является сапфир, но в таких гетероструктурах образуется большое количество дислокаций несоответствия. Для мощных ППИ необходимы подложки, обеспечивающие хороший отвод тепла. В качестве такой подложки выступает SiC. Этот материал обладает высокой теплопроводностью и большим кристаллическим сродством к материалам III-N, что способствует минимизации механических напряжений на границе подложки и эпитаксиальной пленки. Для производства недорогих ППИ развивается технология применения Si-подложек, что позволяет использовать стандартное оборудование для КМОП-технологии. Перспективны также

14 14 «квазиподложки» - это относительно толстые слои GаN или AlN, которые эпитаксиально наносят на сапфир или даже отдельно от него [14] СВЧ транзисторы на основе нитрида галлия Основными преимуществами GaN-транзисторов являются высокие значения следующих параметров: рабочее напряжение, максимальная рабочая температура, удельная выходная мощность, коэффициент полезного действия, а также возможность работы в относительно широкой полосе частот. В классических транзисторах на основе GaAs подвижность электронов падает из-за примесей, с которыми сталкиваются электроны при движении. В транзисторах с высокой подвижностью зарядов (High Electron Mobility Transistor HEMT) этот недостаток удается исключить. Транзисторы на основе GaN могут работать при высоком рабочем напряжении и высоких температурах. СВЧ транзисторы на основе GaN создаются на гетероструктурах AlGaN/GaN. Такие транзисторы по совокупности параметров превосходят Si и частично GaAs-транзисторы. При меньших габаритах СВЧ усилители с применением транзисторов на основе GaN обеспечивают большую мощность [4]. Частотные и мощностные свойства HEMT-транзисторов на основе GaN достигаются благодаря высокой подвижности электронов, их высокой концентрацией в канале и большой шириной запрещенной зоны [15]. Ведущими мировыми компаниями в области производства СВЧ электроники (Cree, TriQuint, Northrop Grumman и др.) освоено производство усилителей на основе GaNгетероструктур с рабочими частотами до 100 ГГц [16]. ППИ на основе GaN способны работать при более высоких температурах, чем на основе Si, так как у него концентрация собственных носителей меньше. Продемонстрирована работа полевого GaN транзистора при 300 С [17, 18], в то время как рабочая температура Si транзисторов ограничена С. По мере развития технологии производства GaN транзисторов их рабочая температура может быть повышена до С.

15 Типовая структура GaN-транзистора приведена на рисунке 1.1 [19]. 15 Двумерный электронный газ Исток Затвор Буферный слой (AlN) Сток GaN AlGaN Активный буферный слой i-gan Подложка Рисунок 1.1 Типовая структура GaN-транзистора HEMT-транзистор состоит из нескольких уровней, выращенных друг на друге. На подложке из сапфира, Si или SiC выращивается нелегированный буферный слой AlN. На этом слое выращивают активный буферный слой i-gan. Третий выращенный слой (AlGaN) образует со слоем i-gan гетероструктуру. В такой гетероструктуре на гетеропереходе образуется двумерный электронный газ с большим током насыщения. Это очень тонкий уровень (толщина составляет несколько нанометров), в котором электроны обладают минимальной энергией. При подаче напряжения питания через транзистор начинает течь ток. Напряжением на затворе можно изменять ток через канал. Напряжение, которое необходимо приложить, чтобы ток перестал течь, называется напряжением отсечки HEMT-транзистора [19]. Следует отметить, что такие приборы являются «нормально включенными» и для их работы в обедненном режиме необходимо отрицательное напряжение смещения. Поэтому разработчикам аппаратуры важно помнить о последовательности подачи напряжения смещения и напряжения питания при проведении измерений электрических параметров и эксплуатации GaN-транзисторов. В настоящее время транзисторы на основе GaN строятся по принципу «двойной гетероструктуры» с двусторонним электронным ограничением DH- HEMT (Double heterojunction HEMT) [20, 21].

16 Металлизация кристаллов GaN для сборки СВЧ транзисторов В производстве ППИ на основе GaN важное значение имеют омические контакты. Низкое переходное сопротивление омического контакта необходимо для достижения высоких мощностных характеристик ППИ. ППИ на основе GaN способны работать при большей удельной мощности, чем приборы на основе Si, поэтому разработке технологии создания омических контактов следует уделять особое внимание. Основой для систем металлизации к n-области GaN выступает система Ti/Al. При использовании этой системы металлизации для формирования омического контакта требуется ее отжиг при температуре ºС, в результате чего образуется TiN на границе и в глубине нитрида галлия. Распространенной металлизацией к AlGaN/GaN является система Ti/Al/Барьерный слой/au. Барьерный слой предотвращает образование интерметаллических соединений. Такие соединения обладают высокой температурой плавления, сложной кристаллической решеткой, отличаются твердостью и хрупкостью [22]. Известна система металлизации Ti/Al/Ni/Au с низким переходным сопротивлением. Данная система имеет существенный недостаток грубая шероховатая поверхность в виде куполообразных выступов. Показано, что большую роль в их образовании играют слои Ni и Au [23]. Предложена система металлизации, в которой в качестве барьерного слоя используется Mo. Исследования металлизации Ti/Al/Mo/Au показали, что после отжига соединения при 800 ºС интерметаллические соединения Au 5 Al 2 отсутствуют. Полученный омический контакт обладает сопротивлением 0,3-0,5 Ом мм [24]. Исследована система металлизации Mo/Al/Mo/Au, обеспечивающая контактное сопротивление 0,14 Ом мм [25]. Показана технологическая возможность использования пленок вольфрама наряду с пленками молибдена и тантала в структурах омических контактов [26]. Исключить высокотемпературное воздействие, негативно сказывающееся на параметрах получаемого прибора, позволяет технология, заключающаяся в

17 17 предварительной обработке поверхности GaN в индуктивно-связанной плазме (inductively coupled plasma ICP). Технологические процессы создания металлизации Ti/Al представлены на рисунке 1.2. n-gan Нелегированный GaN ФР Подложка ФР n-gan Нелегированный GaN Подложка Ti/Al n-gan ФР Нелегированный GaN Подложка Ti/Al n-gan Ti/Al Нелегированный GaN Подложка а Ti/Al Фотолитография Осаждение металлизации, снятие фоторезиста Температурный отжиг ( С) n-gan Нелегированный GaN Подложка n-gan Нелегированный GaN ФР Подложка ФР n-gan Нелегированный GaN Подложка Ti/Al n-gan ФР Нелегированный GaN Подложка б Ti/Al Обработка плазмой Фотолитография Осаждение металлизации, снятие фоторезиста Рисунок 1.2 Технологии создания металлизации Ti/Al на GaN: а с отжигом; б без отжига Эта технология позволяет создать омический контакт Ti/Al к GaN с низким переходным сопротивлением [27] Карбид кремния в производстве полупроводниковых изделий Карбид кремния химическое соединение элементов IV группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Это перспективный широкозонный алмазоподобный полупроводниковый материал.

18 18 Преимуществами ППИ на основе SiC по сравнению с Si и GaAs являются: в несколько раз большая ширина запрещенной зоны, высокая электрическая прочность, высокие допустимые рабочие температуры, высокая теплопроводность, радиационная стойкость [28 31]. Уникальные свойства карбида кремния (SiC) позволяют изготавливать на его основе приборы, успешно работающие в различных отраслях: атомная энергетика (из-за радиационной и термостойкости), автомобилестроение (из-за термостойкости), химическая и газовая промышленность (химическая стойкость), а также силовая электроника (малые потери мощности, большие прямые токи и высокое обратное напряжение). Существует около 170 политипов SiC, но для производства ППИ используются только два 4H-SiC и 6H-SiC. Большая ширина запрещенной зоны SiC способствует более высокому по сравнению с Si и GaAs барьеру Шоттки на границе с металлом. Это обеспечивает малые токи утечки при повышенной температуре кристалла [32]. Диоды Шоттки на основе SiC являются основными приборами для систем питания от солнечной энергии. Благодаря общему увеличению эффективности систем с диодами Шоттки на SiC, многие производители оборудования для преобразования солнечной энергии в электрическую используют SiC в своих разработках [33]. Инверторы с кремниевыми устройствами обычно работают со средним КПД около 96 %, а на основе карбида кремния 97,5 %. Такие солнечные системы рассчитаны на работу в течение минимум 30 лет, поэтому получается значительная экономия электроэнергии, а сами системы становятся более надежными вследствие уменьшения рабочих температур [34] Диоды Шоттки на основе SiC В настоящее время возрастает спрос на источники энергии, безопасные для окружающей среды. Актуальны вопросы проектирования и производства высокоэффективных силовых модулей, способных преобразовывать энергию с малыми потерями. Такие системы требуют новой элементной базы с

19 19 улучшенными характеристиками. Новое поколение силовых модулей целесообразно разрабатывать с применением диодов Шоттки (ДШ) на основе SiC. ДШ находят применение в схемах корректоров коэффициента мощности, в приводах электродвигателей и др. Применение этих приборов оправдывает себя при работе на повышенных частотах и напряжениях [35]. ДШ на основе SiC имеют низкое прямое падение напряжения и езначительные потери при переключении. Ключевым преимуществом ДШ на основе SiC является отсутствие токов восстановления, что снижает потери при переходных процессах. В современных источниках питания с преобразованием частоты используются схемы активной коррекции коэффициента мощности. При использовании в них диодов на основе Si часто применяются демпфирующие устройства для ограничения токов обратного восстановления и снижения электромагнитных помех. При использовании ДШ на SiC необходимость в них исчезает, так как в таких диодах отсутствуют токи восстановления, а корректор коэффициента мощности и последующий DC-DC преобразователь может работать на больших частотах, что позволит повысить производительность всей системы [36 38]. Кроме корректоров коэффициента мощности, ДШ на SiC используются в качестве антипараллельных диодов IGBT и MOSFET транзисторов и модулей. Это актуально, когда нагрузка индуктивная (например, электродвигатель), так как в этом случае потери за счет обратного восстановления диода становятся существенными [39]. Для создания диодных структур используется политип 4H-SiC. На поверхности эпитаксиального n- слоя создают оксидный слой, в окнах которого формируют барьер Шоттки. Для создания диодов Шоттки на основе SiC используется металлизация никелем либо титаном. Охранные кольца обеспечиваются дополнительной имплантацией атомами бора [40]. Охранное кольцо проектируется таким образом, чтобы при перенапряжениях на приборе ток пробоя протекал именно через p-n переход, а не через контакт Шоттки.

20 20 Металлизация обратной стороны кристалла под пайку выполняется из систем Ni-Ag или Ti-Al. Конструкции диодов Шоттки представлены на рисунке 1.3 [40]. Ti Al SiO 2 Ni Al SiO 2 P n - эпитаксиальный слой P P n - эпитаксиальный слой P n + подложка (4H SiC) n + подложка (4H SiC) Ni Ag Ti а) б) Al Рисунок 1.3 Конструкции диодов Шоттки на основе SiC: а) с металлизацией Ti-Al (высота барьера Шоттки составляет 0,8 В); б) с металлизацией Ni-Al (высота барьера Шоттки составляет 1,3 В) Корпуса для диодов Шоттки на основе SiC Для сборки диодных сборок Шоттки на основе SiC используются корпуса, монтируемые в отверстия на печатной плате КТ-97В (ТО-254АА), КТ-28А-2.01, и корпуса для поверхностного монтажа КТ-93 (SMD-0,5), КТ-94 (SMD-1) (рисунок 1.4). Металлокерамические плоские прямоугольные корпуса КТ-93 и КТ-94 с ободком предназначены для монтажа на поверхность печатной платы. Материал монтажной и выводных площадок псевдосплав вольфрама и меди, благодаря которому обеспечивается низкое активное сопротивление и высокая теплопроводность. Монтажная площадка для посадки кристалла одновременно является наружной выводной площадкой корпуса. Корпус состоит из основания и крышки.

21 21 Рисунок 1.4 Корпуса КТ-97В, КТ-94, КТ-93, КТ-28А-201 для диодов Шоттки на основе SiC Все открытые металлизированные поверхности и металлические части основания корпуса имеют антикоррозионное покрытие Покрытия кристаллов карбида кремния и корпусов для сборки полупроводниковых приборов Для обеспечения работоспособности приборов на основе SiC-кристаллов при высокой температуре необходимо создать надежные электрические контакты. Это связано с тем, что при температуре выше 500 ºС металлизация контактов деградирует из-за взаимной диффузии между слоями и композиционных микроструктурных изменений на границе металл-полупроводник. Это приводит к выходу прибора из строя [32].

22 22 В работах [41, 42] представлены схемы SiC диодов Шоттки с Ag, Ni и Al пленками под пайку кристаллов к основаниям корпусов и монтаж внутренних выводов к контактным площадкам кристаллов и траверсам корпусов. В связи с этим необходимо подробно рассмотреть свойства данных покрытий. Для создания радиационностойких СПП на основе SiC в качестве покрытия корпуса целесообразно использовать материалы с низким атомным номером и высокой температурой плавления. C этой точки зрения перспективным является гальваническое алюминирование как из расплавов солей, так и из неводных электролитов. Это покрытие хорошо смачивается припоями типа Al-Zn и Al-Ge, что позволяет их использовать при монтаже кристаллов SiC. При этом внутренние соединения проволочных выводов к Al контактным площадкам кристалла выполняют ультразвуковой (УЗС) или термокомпрессионной сваркой (ТКС) с образованием соединений Al-Al [43]. Вопросам применения алюминия и его сплавов в технологии металлизации полупроводниковых изделий посвящено большое количество публикаций как в отечественной, так и иностранной литературе. Удельное сопротивление алюминиевых пленок толщиной около 1,0 мкм при комнатной температуре составляет 2,7-3,3 мком см, что практически совпадает с объемным удельным сопротивлением металла. Исследования структуры и морфологии поверхностных слоев алюминиевых пленок, полученных магнетронным методом, с помощью электронной микроскопии проведены авторами [44]. После термообработки при 500 С в течение 5 мин и 300 С в течение 15 мин в атмосфере аргона на поверхности алюминиевых пленок возникают «бугры» высотой 0,8 мкм. Размер зерна при этом составляет в среднем 0,23 мкм. Увеличение температуры и времени термообработки вызывает возрастание количества и высоты «бугров». Термообработка металлизации Al + 1 % Si изменяет структуру слоя, плотность и размеры «бугров» так же, как и покрытий из чистого алюминия. В то же время присутствие в алюминиевых сплавах меди снижает степень миграции алюминия и препятствует образованию «бугров».

23 23 Для создания покрытий с высокой электропроводностью и стабильной величиной переходного сопротивления в местах контактов используется серебрение. Например, в производстве ППИ серебро используется в качестве металлизации кристалла под пайку. В этом случае осуществляется напыление пленки серебра на пластину с кристаллами. Серебряное покрытие формируется напылением в вакууме с применением методов магнетронного распыления серебряной мишени или термическим испарением серебра из тигля электронным лучом. Более предпочтительным является метод магнетронного распыления, который обеспечивает высокие адгезионные свойства напыляемой пленки. Этим методом получают качественные покрытия толщиной до 2 мкм с высокой производительностью, что является важным фактором в условиях серийного производства. Никелевые пленки находят широкое применение в качестве технологического покрытия держателей микросборок взамен золотых покрытий. Они имеют хорошую свариваемость с алюминиевой микропроволокой методом ультразвуковой микросварки и хорошо смачиваются припоями. Однако существенным недостатком пленок из чистого никеля является их низкая теплостойкость, поэтому данные покрытия применимы только при низкотемпературном монтаже элементов или при использовании защитной среды. При температуре нагрева порядка С на воздухе наблюдается интенсивный рост толщины пленки оксида никеля. Это приводит к резкому снижению воспроизводимости качества микросварных соединений, а при длительной термообработке к полной потере свариваемости. В производстве СВЧ изделий микроэлектроники широко используется Au в качестве покрытия корпуса. Монтаж кристалла осуществляется с образованием эвтектики Si-Au либо с применением припоя Au-Sn. При монтаже кристаллов SiC методом пайки припоем Au-Sn необходимо обеспечить хорошее облуживание кристалла припоем. Для этого на паяемую поверхность кристалла предварительно могут быть нанесены слои Ti/Ti-W/Au. Ti выступает в качестве адгезионного слоя, Ti-W используется как диффузионно-барьерный слой, а Au защищает

24 24 низлежащие слои от окисления [45]. В качестве основания для монтажа кристалла может использоваться DBC керамика, на паяемую поверхность которой наносится Au с подслоем Ni Особенности сборки силовых полупроводниковых приборов на основе карбида кремния Одной из основных проблем в технологии производства ППИ является создание омических контактов. Следует отметить, что из-за комплексного и малоизученного характера процессов физико-химического взаимодействия металлов с SiC не выработаны единые требования формирования контактов к этому материалу. Известно, что омические контакты должны иметь низкое удельное переходное сопротивление, характеризоваться стабильной границей раздела в области высоких температур. При этом необходимо обеспечивать технологичность операций при посадке кристаллов в корпус приборов и при формировании внешних соединений между контактными площадками кристалла и траверсами корпуса [46, 47]. Неотъемлемой частью приборов на основе SiC являются контактные системы, которые должны сохранять свои электрические характеристики в условиях высоких температур и интенсивных потоков ионизирующих излучений. В качестве барьерообразующих металлов используются Au, Pt, Ni, Ti, Cr и др. В результате воздействия высоких температур ( о С) в диодных структурах происходит необратимое изменение электрических характеристик, что является причиной уменьшения диапазона рабочих температур. Например, сохранение работоспособности диодов Шоттки на основе Au-SiC ограничено температурой 300 ºС. Термическая стабильность контактов в первую очередь определяется свойствами границы раздела металл-sic. Для создания высокотемпературных выпрямляющих контактов перспективными являются такие металлы, как Cr, W, Ta, Mo, а также многослойные системы на их основе. Хорошо зарекомендовали

25 25 диодные структуры с барьером Шоттки Pt-W-Cr-SiC, сохраняющие свои электрофизические параметры до температуры 450 ºС. Анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы по свойствам SiC и приборов на его основе показал, что практически отсутствуют сведения о способах и технологиях сборки SiC-приборов. В то же время известно, что от 35 до 70 % отказов в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) приходится на долю контактных соединений. Поэтому качество сборочных операций в производстве полупроводниковых изделий, в том числе и СПП на основе SiC, определяет надежность РЭА при эксплуатации. В Петербургском физикотехническом институте им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук несколько лет над технологией производства ППИ с кристаллами SiC усиленно работает команда русских ученых. Результаты исследований, согласно контракту, принадлежат исключительно компании Cree Recearch. Производство SiC и приборов на его основе является достаточно трудоемким и дорогостоящим. Однако физико-механические свойства SiC обеспечивают работу SiC приборов при температурах вплоть до о С, что делает их производство рентабельным. Известные конструкции диодов Шоттки с Ag, Ni, и Al металлизацией не могут работать при таких высоких температурах. Покрытия Ag, Ni, и Al широко используются в технологии производства Si приборов, работающих в диапазоне температур от минус 60 ºС до плюс 175 ºС, максимум 200 ºС. Нагрев при пайке кристаллов с данными покрытиями до температур ºС является кратковременным и составляет несколько секунд, в некоторых случаях несколько минут. Анализ конструкций приборов, в частности, диодов Шоттки, показал, что в основе их изготовления используется технология производства полупроводниковых изделий на Si. Для изготовления СПП на основе SiC необходимы новые способы и технологии сборки с учетом работы приборов при высоких температурах (вплоть до ºС). Требуется разработка новых покрытий кристаллов и корпусов под сборку, выбор высокотемпературных припоев и материалов внутренних выводов, корпусов и т.д. Следует помнить, что покрытия под сборку должны

26 26 обеспечивать не только качественные соединения кристалла с основанием корпуса и внутренними выводами, но и обладать высокой теплопроводностью [48]. Работа приборов на основе SiC характеризуется выделением высокой температуры. Для отвода тепла целесообразно использовать материалы с высокой теплопроводностью. Для этих целей наиболее эффективно использовать сплавы с добавлением алмазных порошков Методы, приборы и оборудование, используемые для проведения экспериментов Исследования металлизации на контактных площадках кристаллов и корпусов проводились на электронном микроанализаторе типа JED-2300 Analysis Station и на рентгено-флюоресцентном толщиномере X-STRATA 980. Напайка кристаллов транзисторов осуществлялась на автоматизированной высокоточной сборочно-монтажной установке Palomar 3500-III. Разварка внутренних выводов транзисторов золотой проволокой проводилась на установке Delvotec Оценка прочности проволочных соединений осуществлялась на установке контроля прочности сварных соединений Delvotec 5600C. Тепловое сопротивление транзисторов измерялось на программноаппаратном стенде, оснащенном инфракрасным тепловизором Thermacam SC655. Измерения параметров транзисторов проводились на автоматизированном стенде контроля параметров СВЧ транзисторов с переменными импедансами источника и нагрузки под управлением программного обеспечения Maury ATS. Измерения микротвердости проводились на цифровом твердомере KB 30S с использованием пирамиды Кнупа. Для формирования соединений золотой проволоки к Cu-Ni металлизации расщепленным электродом использовалась установка УМС-1К.

27 Выводы и постановка задач для исследований и разработок 27 В настоящее время потенциальные возможности кремниевой технологии при производстве силовых и СВЧ ППИ практически исчерпаны, поэтому у разработчиков возрастает интерес к новым полупроводниковым материалам, характеризующимися большой шириной запрещенной зоны и высокой подвижностью зарядов. Такими свойствами обладают SiC и GaN. Полевые транзисторы на гетероструктурах AlGaN/GaN по совокупности параметров превосходят Si и GaAs-транзисторы. СВЧ усилители, разработанные с использованием GaN-транзисторов, обладают большей мощностью при меньших геометрических размерах. Такие СВЧ усилители проще, так как в них суммируется мощность меньшего количества каскадов [1]. Основными преимуществами GaN-транзисторов являются высокие: рабочее напряжение, рабочие температуры, плотность потока мощности, КПД, а также возможность работы в широкой полосе частот. Транзисторы на основе GaN создаются на основе гетероструктур AlGaN/GaN. В такой гетероструктуре образуется двумерный электронный газ с большим током насыщения, а благодаря большой ширине запрещенной зоны возможно создание мощных приборов. Следует отметить, что такие приборы являются «нормально включенными», и для управления ими требуется специализированная схема [2]. Для соединений между кристаллом и корпусом СПП используют проволоку диаметром 0,25 0,5 мм. Для УЗС проволоки данных размеров требуются повышенные мощность ультразвукового генератора и давление сварочного инструмента. Кроме того, использование проволоки приводит к неравномерной прочности сварного соединения по площади взаимодействия проволоки с контактной площадкой кристалла или корпуса. Наибольшая площадь контактирования проволоки с пленкой характерна для центральной области проволоки.

28 28 Известно, что проволочные перемычки являются причиной отказов приборов в случае разрушения вывода в месте перехода от сварного соединения к проволоке («по шейке»). Поэтому для повышения производительности и качества сборочных операций вместо проволоки используют ленту. В настоящее время на сборочных операциях СПП используется лента шириной 2,0 мм и толщиной 0,2 мм. Площадь сечения такой ленты 0,4 мм 2, что равнозначно двум петлям из проволоки диаметром 0,5 мм, площадь сечения которых составляет 0,392 мм 2. Целью работы является решение научно-технической задачи по влиянию конструктивно-технологических факторов на сборку приборов на основе широкозонных полупроводников (SiC и GaN). Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка технологии сборки мощных СВЧ транзисторов с кристаллами GaN в корпуса КТ-81С и КТ-55С Оптимизация режимов термозвуковой сварки золотой проволоки с золотой металлизацией на GaN кристаллах мощных СВЧ транзисторов. 3. Оценка качества напайки GaN кристаллов транзисторов измерением теплового сопротивления «кристалл-корпус» (R t ). 4. Выбор оптимального способа и технологии монтажа кристаллов SiC. 5. Анализ коррозионной стойкости алюминиевой металлизации, наносимой на соединяемые поверхности для пайки силовых полупроводниковых приборов (СПП) на основе SiC. 6. Разработка технологии монтажа внутренних соединений с использованием ленточных выводов в СПП на основе SiC. 7. Разработка новой конструкции корпуса и технологии сборки радиационностойких СПП на основе SiC, работающих при температурах до 350 С. 8. Выбор способа и технологии сварки золотой проволоки с Cu-Ni металлизацией на контактных площадках кристаллов.

29 29 ГЛАВА 2. МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ И ВНУТРЕННИХ ВЫВОДОВ В СВЧ ТРАНЗИСТОРАХ НА ОСНОВЕ НИТРИДА ГАЛЛИЯ В производстве ППИ широкое распространение получили следующие способы монтажа кристаллов: приклеивание токопроводящими клеями на органической основе; пайка с образованием эвтектики; пайка припоями. Технология монтажа кристаллов на основания корпусов должна обеспечивать: сплошное паяное соединение; отсутствие пор и пустот; низкое тепловое сопротивление «кристалл-корпус»; стабильность при высоких температурах эксплуатации. Для формирования внутренних соединений в СВЧ транзисторах в настоящее время широко используется проволочный монтаж. Для монтажа проволочных выводов используются методы сварки: УЗС, ТЗС, термокомпрессионная (ТКС), контактная сварка («расщепленным» электродом) и косвенным импульсным нагревом. Сварное соединение должно обладать минимальным омическим сопротивлением и иметь прочность, близкую к прочности соединяемых элементов. Режимы формирования соединения должны быть минимальными, чтобы исключить повреждение кристалла. Соединение не должно деградировать в процессе эксплуатации изделия [48] Пайка кристаллов с образованием эвтектики Si-Au При сборке СВЧ транзисторов на основе Si широкое распространение получил способ пайки кристаллов с образованием припоя Si-Au [49]. Такой способ пайки называют контактно-реактивным [50]. Контактно-реактивная пайка это способ пайки, при котором припой образуется в результате контактнореактивного плавления соединяемых материалов. При этом могут использоваться промежуточные покрытия или прокладки [51]. Диаграмма состояния сплава Si-Au приведена на рисунке 2.1.

30 30 Рисунок 2.1 Диаграмма состояния сплава Si-Au [52] Пайка с образованием эвтектики Si-Au проводится следующим образом. Корпус с нанесенным Au покрытием помещается на столик и разогревается до температуры ºС. Кристалл из Si размещается на корпусе, прижимается и притирается к поверхности. При этом образуется эвтектический сплав Si-Au. Для обеспечения качественного облуживания кристалла и корпуса припоем могут использоваться дополнительные прокладки из эвтектического сплава Si-Au [53], золотой фольги [54], прокладки золотой фольги с полоской сплава Si-Au [55]. Известен способ монтажа с использованием псевдосплава Si-Au, наносимого на обратную сторону кристалла методом магнетронного напыления. На пластину напыляется аморфная пленка Si, в которой равномерно распределены атомы Au, что усиливает образование жидкой фазы эвтектического сплава при нагревании [56].

31 Корпуса для мощных СВЧ транзисторов Важнейшим элементом полупроводникового прибора является корпус. Корпус для СВЧ транзистора состоит из фланца, керамического ободка, выводов и крышки (рисунок 2.2). а) б) Рисунок 2.2 Внешний вид корпусов для СВЧ транзисторов: КТ-81С (а) и КТ-55С-1 (б) Фланец корпуса является одновременно теплоотводом и электродом. Непосредственно на фланец монтируется кристалл, поэтому материал фланца, его физико-механические свойства, плоскостность существенно влияют на характеристики СВЧ транзистора. В качестве материала фланца СВЧ транзистора могут использоваться Cu, псевдосплавы CuMo и CuW. Керамический ободок изолирует фланец и выводы корпуса. Для изготовления ободка используется оксид алюминия Al 2 O 3. В качестве теплоотвода в конструкции корпуса может использоваться керамика BeO, нитрид алюминия AlN, полиалмаз. Сборка корпуса осуществляется пайкой серебром либо припоем серебромедь, например, ПСР-72. Фланцы корпусов КТ-81С и КТ-55С-1 выполняются из псевдосплава CuW, который получают многократным прессованием и спеканием смеси порошков меди и вольфрама. Фланец корпуса КТ-81С плакирован медью (200 мкм). На

32 32 фланец припаивают ободок из керамики Al 2 O 3 и выводы из ковара. На корпус наносят подслой Ni (2 мкм) и слой Au (4-5 мкм). Металлизация фланца корпуса КТ-55С-1 отличается тем, что в ней исключена медь; перед сборкой корпуса на фланец CuW наносят Ni, припаивают керамический ободок и выводы из ковара, затем корпус никелируют повторно и наносят слой Au (4-5 мкм). Качество и свойства электрохимических покрытий определяются не только структурой, но и равномерностью распределения металла по толщине слоя на поверхности покрываемых изделий. Толщина покрытия d зависит от плотности тока i, продолжительности электролиза и может быть вычислена с учетом выхода металла по току ВТ и электрохимического эквивалента g по формуле: где плотность осажденного металла. Расчет по этой формуле дает представление лишь о средней толщине покрытия. На практике ток распределяется на поверхности электрода неравномерно. Обычно толщина покрытия на краях и углах гараздо больше, чем на средней поверхности катода, при этом степень неравномерности зависит от природы электролита и осаждаемого металла, а также от режима электролиза. Неодинаковая толщина покрытия указывает на неравномерное распределение тока по поверхности катода. Например, при хромировании при средней плотности тока 22 А/дм 2 плотность тока на краях и углах катода почти в 5 раз больше (50 А/дм 2 ) чем на середине (11 А/дм 2 ). Распределение тока на поверхности катода зависит: от геометрических факторов размера и формы электродов и электролизера, расположения электродов относительно друг друга и относительно стенок электролизера.

33 33 Например, распределение металла на разных участках плоского катода в зависимости от формы электролизера показано на рисунке 2.3. Рисунок 2.3 Распределение металла на разных участках плоского катода в зависимости от формы электролизера а) б) Распределение металла в первом электролизере (а) более равномерное, чем во втором (б). Это связано с тем, что во втором электролизере ток проходит не только через слой электролита, но и через прилегающий боковой слой раствора. Однако не во всех случаях узкие ванны (электролизеры) предпочтительны. Так, в тех же ваннах, но с угловым катодом, следует, что распределение металла в (а) хуже, чем в ванне б (рисунок 2.4). а) б) Рисунок 2.4 Схемы ванн для электролиза с угловым катодом

34 34 Это объясняется тем, что в широкой ванне имеются более благоприятные условия прохождения тока к удаленным участкам катода, чем в узкой ванне. Эти примеры свидетельствуют, о том, что распределение тока на поверхности катода зависит от формы катода. На распределение тока влияет межэлектродное расстояние. В узких электролизерах это влияние незначительное. Однако в широкой ванне с плоскопараллельными электродами и повышенным межэлектродным расстоянием равномерность распределения металла резко понижается. Это объясняется повышением плотности тока, проходящего через боковые слои раствора. Применение углового катода вместо плоского делает распределение металла мало зависящим от межэлектродного расстояния, т.к. увеличивается доля тока, проходящего через боковой слой электролита. Взаимное расположение электродов также влияет на распределение металла, при этом наиболее равномерное распределение металла будет наблюдаться лишь в том случае, когда уровень электролита в ванне не превышает высоты самого катода. Другим важным фактором, влияющим на рассеивающую способность (РС) электролита электрохимический наклон поляризационной кривой. Высокое значение катодной поляризации способствует более равномерному распределению тока на поверхности катода. Например, цианистые ванны, отличаясь большой катодной поляризацией, имеют и большую рассеивающую способность по сравнению с кислыми ваннами. Например, цианистые электролиты золочения, по сравнению с железистосинеродистыми, отличаются высокой рассеивающей способностью и позволяют получать мелкокристаллические, плотные блестящие осадки золота, обладающие хорошим сцеплением с основой. На РС могут влиять и другие факторы: выход металла по току, природа и состояние поверхности покрываемого металла, предварительная подготовка поверхности катода.

35 Толщина Au, мкм Толщина Au, мкм 35 Для снижения влияния этих факторов в ряде случаев в первый момент электролиза дают «толчок» тока, который в несколько раз превышает плотность рабочего тока. Таким образом, с учетом перечисленных выше факторов можно либо улучшать, либо снижать РС электролита, влияя на распределение металла по поверхности катода. Измерения толщин покрытий на корпусах КТ-81С и КТ-55С-1 проводились на рентгено-флюоресцентном толщиномере X-STRATA 980. Результаты измерений приведены на рисунках 2.5 и ,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Номера измерений а) 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Номера измерений б) Рисунок 2.5 Результаты измерения толщины Au на корпусе КТ-81С: а) на выводе под разварку; б) на фланце под пайку

36 Толщина Au, мкм Толщина Au, мкм ,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Номера измерений а) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Номера измерений б) Рисунок 2.6 Результаты измерения толщины Au на корпусе КТ-55С-1: а) на выводе под разварку; б) на фланце под пайку По мере создания СВЧ транзисторов большой мощности не ослабевает интерес к материалам с высокой теплопроводностью, которые используют в качестве теплоотвода. Известно, что увеличение рассеиваемой мощности напрямую связано с уменьшением теплового сопротивления, которое, в свою очередь, тем меньше, чем выше теплопроводность материала теплоотвода. В связи с этим, заслуживает внимания многослойный фланец для корпусов СВЧ транзисторов, разработанный фирмой "Momentive Perfomance Materials" [57]. Фланец отличается от известных тем, что в нем предусмотрена вставка из

37 37 пирографита (Thermal pyrolytic graphite TPG). Теплопроводность материалов, используемых в качестве теплоотвода в конструкциях корпусов СВЧ транзисторов, приведена в таблице 2.1. Таблица 2.1 Теплопроводность некоторых материалов, используемых для изготовления фланцев корпусов СВЧ транзисторов Коэффициент теплопроводности в различных направлениях Материал теплоотводов, Вт/м К теплоотвода x y z Cu CuMo CuW TPG Схематично фланец TPG приведен на рисунке 2.7. Составные части фланца соединяются между собой пайкой серебросодержащим припоем при высокой температуре. CuW графит CuW CuW Рисунок 2.7 Схема сборки фланца со вставкой TPG Определение теплового сопротивления является одним из методов контроля правильности выбора конструкции или технологического процесса изготовления полупроводниковых приборов. Известно, что одной из наиболее существенных причин отказов мощных полупроводниковых приборов является повышенное

38 38 тепловое сопротивление «кристалл-корпус» R t, приводящее к выходу приборов из строя вследствие теплового пробоя и ускоренной деградации элементов конструкции. Проведены исследования теплового сопротивления «кристалл-корпус» R t транзистора 2П998А с теплоотводом TPG по сравнению с тем же транзистором, где в качестве теплоотвода использовался фланец из псевдосплава CuMo МД-40. Транзисторы, собранные с использованием фланца TPG, исследовались на следующих режимах: U=20 В, I=2,29 А. При этом зафиксированы: температура t кр =200 С, t корпуса =66 С, R t =2,063 С/Вт. В случае использования материала фланца МД-40 режимы испытания следующие: U=20 В, I=3,66 А. Температура t кр. =200 С, t корпуса =49 С; R t п-к =2,926 С/Вт. Распределение температуры по поверхности кристаллов транзисторов показано на рисунке 2.8. а) б) Рисунок 2.8 Распределение температуры на кристаллах транзисторов 2П998А с использованием теплоотвода TPG (а) и теплоотвода МД-40 (б) Из рисунка 2.8 видно, что ярко выраженные неоднородности распределения тепла (а значит, и протекающего тока) по поверхности кристаллов отсутствуют. Это свидетельствует о качественном монтаже кристалла на фланец. Температура фланца определялась бесконтактным способом по тепловому излучению специально нанесенных вблизи кристаллов небольших областей с известной высокой излучающей способностью.

39 39 В таблице 2.2 представлены сравнительные экспериментальные данные R t для транзисторов 2П998А с фланцем TPG и с фланцем из CuW. Толщина кристаллов во всех случаях составляла 220 мкм. Таблица 2.2 Данные R t для транзисторов 2П998А Варианты фланцев корпуса Тепловое сопротивление R t Фланец CuMo 2,926 Фланец TPG 2,063 Из представленных данных видно, что замена фланца из CuMo на фланец TPG приводит к снижению общего теплового сопротивления переход-корпус мощного СВЧ полевого транзистора на 30 %. Снижение величины установленного теплового сопротивления позволит увеличить значение максимальной средней рассеиваемой мощности и приведет к расширению области безопасной работы транзистора Припой 80Au20Sn для пайки кристаллов СВЧ транзисторов Эвтектический припой 80Au20Sn характеризуется высокой прочностью, коррозионной стойкостью, высокой электро- и теплопроводностью, механической прочностью, невысокой температурой плавления (280 С). Паяное соединение, образованное с использованием данного припоя, не охрупчивается с течением времени. Припой позволяет осуществлять пайку без флюса, что позволяет избежать дефектов, возникающих при его использовании (коррозия, токи утечки, пустоты в паяном соединении). Кроме того, соединение золота с оловом является чистым, оно не токсично и не оказывает отрицательного воздействия на изделие, подвергающееся сборке, на человека и окружающую среду. Припой 80Au20Sn перспективен для сборки изделий специального назначения, в частности, СВЧ транзисторов на основе GaN. Пайку с

40 40 использованием припоя 80Au20Sn рекомендуется проводить в формир-газе (85 % N 2, 15 % H 2 ) [58]. Для автоматизации процесса пайки припой используется в виде прокладок (преформ). Основные физико-механические свойства припоя 80Au20Sn приведены в таблице 2.3. Таблица 2.3 Физико-механические свойства припоя 80Au20Sn Характеристика Значение Состав, % Au-80, Sn-20 Температура плавления, ᵒС 280 Температурный коэффициент линейного расширения, 10-6 ᵒС при 20 ᵒС Коэффициент теплопроводности, Вт/м К 57 Удельное электрическое сопротивление, мком см 16,4 Плотность, г/см 3 14,51 Прочность на разрыв, МПа 275 Модуль Юнга, ГПа 68 Преформы для пайки кристаллов GaN представляют собой отформованный металл, высеченный штамповкой с жесткими допусками для обеспечения точного объема припоя и высокой повторяемости технологического процесса [59]. Диаграмма состояния соединения AuSn приведена на рисунке 2.9. Рисунок 2.9 Диаграмма состояния сплава AuSn

41 41 Cплав AuSn имеет 2 точки эвтектики: 80Au20Sn (Т плавления =280 ºС) и 10Au90Sn (Т плавления =217 ºС). Эвтектика 80Au20Sn состоит из двух интерметаллических фаз AuSn (35,7 % масс.) и Au 5 Sn (64,3 % масс.). В сплаве нет свободных атомов Sn, все они связаны в эти два интерметаллических соединения. Сплав 10Au90Sn образует интерметаллид AuSn 4. Этот сплав не применяется в микроэлектронике, так как вызывает проблемы с надежностью паяного соединения при термоциклировании [58]. При незначительном изменении концентрации Au в сплаве AuSn резко изменяется температура плавления. При использовании золота на паяемых поверхностях кристалла или корпуса необходимо учитывать это свойство данного припоя. Повышение концентрации Au в сплаве приводит не только к повышению температуры плавления, но и к увеличению механической прочности и количества интерметаллида Au 5 Sn, поэтому в некоторых случаях целесообразно использовать для пайки преформы из сплава с уменьшенной концентрацией Au Исследование смачиваемости и растекания припоя 80Au20Sn по паяемой поверхности позолоченных корпусов КТ-81С и КТ-55С-1 Способность смачиваемости соединяемых поверхностей при режимах пайки припоем определяет качество паяных соединений кристаллов к основаниям корпусов. Смачиваемость является первой стадией физико-химического взаимодействия припоя с паяемой поверхностью изделия. Смачиваемость и растекание припоя непосредственно связаны с краевым углом смачивания θ. На практике этот угол между поверхностями припоя и паяемым материалом используется для выбора режимов и условий пайки. Равновесие навески припоя на паяемой поверхности выражается в виде равновесия векторов сил поверхностного натяжения в точке на границе трех фаз [60]. cos, 1,3 2,3 1,2

42 42 где σ 1,3 поверхностное натяжение между твердым телом и газовой средой; σ 2, 3 поверхностное натяжение припоя на границе с твердым телом; σ 1, 2 поверхностное натяжение припоя на границе с окружающей средой. Из данного выражения следует, что cos 1,3 1,2 2,3. Способность припоя смачивать паяемую поверхность характеризует cos. Отсюда, зная краевой угол смачивания, определяют качество смачивания припоем поверхности твердого тела. Растекание расплавленного припоя по паяемой поверхности характеризуется соотношением сил адгезии припоя к поверхности и когезии, которая определяется силами связи между частицами припоя. Расплавленный припой будет растекаться по паяемой поверхности в том случае, если работа сил адгезии А а будет больше работы сил когезии А к (А а >А к ). Определять смачивающую способность расплавов припоев (металлов) можно с использованием различных способов и устройств [61 67]. Отсюда следует, что для отработки технологических режимов пайки ППИ, особенно кристаллов к основаниям корпусов или герметизации приборов, необходимо в первую очередь провести оценку смачиваемости и растекания припоя по паяемым поверхностям. Эта оценка является экспресс-анализом, позволяющим правильно выбрать оптимальные способы и режимы получения качественных паяных соединений [68 72]. Исследования смачиваемости и растекания припоя, а также химического состава проводились на корпусах для СВЧ транзисторов КТ-81С и КТ-55С-1 (рисунок ).

43 SnLl AuMz AuMr AuLl AuLa Counts AuMa SnLa SnLb SnLb2 SnLr SnLr2, kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Sn L* Total Рисунок 2.10 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава преформы припоя 80Au20Sn после нагрева при температуре напайки кристаллов на позолоченную поверхность корпуса КТ-81С

44 SnLl AuMz AuMr AuLl AuLa Counts AuMa SnLa SnLb SnLb2 SnLr SnLr2, kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Sn L Total Рисунок 2.11 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава на границе преформы припоя 80Au20Sn с позолоченной поверхностью корпуса КТ-81С после нагрева при температуре напайки кристаллов

45 SnLl Counts AuMz AuMr SnLr2, AuLl AuLa AuMa SnLa SnLb SnLb2 SnLr kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Sn L* Total Рисунок 2.12 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава «пристеночного» слоя припоя 80Au20Sn с позолоченной поверхностью корпуса КТ-81С после нагрева при температуре напайки кристаллов

46 AuMz AuMr AuLl AuLa Counts AuMa kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Total Рисунок 2.13 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава позолоченной поверхности корпуса КТ-81С

47 SnLl Counts SnLa SnLb AuMz AuMr SnLr2, AuLl AuLa AuMa SnLb2 SnLr kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Sn L Total Рисунок 2.14 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава преформы припоя 80Au20Sn после нагрева при температуре напайки кристаллов на позолоченную поверхность корпуса КТ-55С-1

48 SnLl Counts AuMz AuMr SnLr2, AuLl AuLa AuMa SnLa SnLb SnLb2 SnLr kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Sn L Total Рисунок 2.15 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава на границе преформы припоя 80Au20Sn с позолоченной поверхностью корпуса КТ-55С-1 после нагрева при температуре напайки кристаллов

49 SnLl Counts AuMz AuMr SnLr2, AuLl AuLa AuMa SnLa SnLb SnLb2 SnLr kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Sn L Total Рисунок 2.16 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава «пристеночного» слоя припоя 80Au20Sn с позолоченной поверхностью корпуса КТ-55С-1 после нагрева при температуре напайки кристаллов

50 AuMz AuMr AuLl AuLa Counts AuMa kev ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : Element (kev) Mass% Error% Atom% Compound Mass% Cation K Au M Total Рисунок 2.17 Рентгеноспектральный микроанализ химического состава позолоченной поверхности корпуса КТ-55С-1

51 51 а) б) Рисунок 2.18 Структура позолоченных поверхностей КТ-81С (а) и КТ-55С-1 (б)

52 52 Проведена оценка смачивания и растекания преформы припоя 80Au20Sn по паяемой поверхности. Установлено, что смачивание и растекание припоя (ширина «пристеночного» слоя) зависят от конструкции корпуса и шероховатости поверхности, на которую наносится золотая металлизация Пайка кристаллов GaN с использованием припоя 80Au20Sn Выполнены исследования по разработке конструкции и технологии сборки СВЧ транзисторов на основе GaN мощностью 5, 10, 15, 25, 50 Вт для применения в L- и S-диапазонах частот. Для сборки использовались кристаллы на основе гетероструктур AlGaN/GaN, выращенных на подложках из SiC. В соответствии с техническим заданием основные электрические параметры разрабатываемых GaN-транзисторов должны удовлетворять указанным в таблице 2.4 параметрам. Таблица 2.4 Основные параметры разработанных GaN-транзисторов при температуре корпуса 25 С п/п Шифр транзистора Тип корпуса Напряжение питания U пит., В Выходная мощность P вых., не менее, Вт Коэффициент полезного действия η с, не менее Коэффициент усиления по мощности К yp, не менее, дб 1 ПП9136А КТ-81С ПП9137А КТ-81С ПП9138А КТ-81С ПП9138Б КТ-81С ПП9139А1 КТ-55С Периметр затвора разработанных транзисторных кристаллов варьируется от 1,5 мм до 14 мм. В зависимости от выбранной топологии кристалла были получены следующие значения статических параметров транзисторов: максимальный ток насыщения 1,7 15,6 А, напряжение отсечки от минус 2,55 до минус 2,88 В, пробивное напряжение сток-исток более 120 В, сопротивление сток-исток в открытом состоянии 1,5 0,18 Ом, крутизна 0,5 4,2 А/В.

53 53 На лицевую сторону кристаллов для разварки нанесена система металлизации Ti/W-Au, толщина финишного слоя Au составляет 5 мкм (рисунок 2.19, а). На обратную сторону кристаллов под пайку нанесен слой Au толщиной

6,8 мкм с подслоем Ti-Ti/W. Ti выступает в качестве адгезионного слоя, Ti-W используется как диффузионно-барьерный слой. Слой Au толщиной

6,8 мкм при пайке будет диффундировать в припой, снижая концентрацию Sn и тем самым повышая температуру плавления паяного соединения (рисунок 2.19, б). Рисунок 2.19 Фрагмент скола кристалла в области контактной площадки (а) и в области металлизации обратной стороны под пайку (б) Схемы пайки кристаллов GaN в корпуса КТ-81С и КТ-55С-1 приведены на рисунке Пайка кристаллов проводится при температуре 320 С, при которой золото на кристалле и на корпусе переходит в припой [73]. Получаемое паяное соединение имеет сплошной паяный шов без пор и пустот. Припой равномерно смачивает кристалл и корпус, что обеспечивается подбором технологических режимов.

54 54 Преформа 80Au20Sn Фланец (псевдосплав CuW) Преформа 80Au20Sn Фланец (псевдосплав CuW) Ti/W GaN гетероструктура Подложка (SiC) Ti Ti/W Au Ni Cu Ni Au Au Паяное соединение а) GaN гетероструктура Подложка (SiC) Ti Ti/W Au Ni Ni Au Ti/W Au Паяное соединение б) Фланец (псевдосплав CuW) Фланец (псевдосплав CuW) Au Ti/W GaN гетероструктура Подложка (SiC) Ti Ti/W Au Ni Cu Ni Au Au Ti/W GaN гетероструктура Подложка (SiC) Ti Ti/W Au Ni Ni Au Рисунок 2.20 Схемы пайки кристаллов с использованием прокладки припоя 80Au20Sn в корпуса КТ-81С (а) и КТ-55С-1 (б) Пайка кристаллов GaN проводилась на автоматизированной сборочномонтажной установке Palomar 3500-III. Автоматизированная система позиционирования компонентов этой монтажной станции позволяет проводить работы с высокой точностью совмещения (±5 мкм). Установка Palomar 3500-III позволяет проводить следующие операции: - монтаж кристаллов методом эвтектической пайки; - монтаж компонентов методом приклеивания;

55 55 - монтаж компонентов с использованием преформ припоя. Установка снабжена восьмипозиционной револьверной головкой для инструментов, которая дает возможность осуществлять многокомпонентный монтаж в одном цикле. Необходимый инструмент для монтируемого компонента выбирается автоматически. Внешний вид револьверной головки представлен на рисунке Рисунок 2.21 Внешний вид револьверной головки установки Palomar 3500-III Благодаря высокоточному автоматизированному приводу перемещения установки Palomar 3500-III и машинному зрению высокого разрешения достигается стабильность позиционирования инструментов, используемых для монтажа компонентов. При установке нового инструмента он калибруется относительно осей видеокамер. Пример процесса калибровки инструментов показан на рисунке 2.22.

56 56 Рисунок 2.22 Примеры проведения калибровок установки Palomar 3500-III Пайка кристаллов GaN на установке Palomar 3500-III состоит из операций: - загрузка корпуса на стол, разогретый до 320 С; - выдержка для стабилизации температуры; - захват прокладки припоя и размещение ее в корпусе; - захват кристалла и его монтаж в корпус с приложением низкочастотных колебаний; - выгрузка корпуса с напаянным кристаллом в кассету. Корпуса располагаются в кассете, а припойные прокладки и кристаллы на специальных подложках (GelPak) (рисунок 2.23). С помощью вакуумного инструмента происходит захват корпуса и его перемещение на стол, на котором поддерживается температура 320 С. Механический зажим закрывается и фиксирует корпус до окончания пайки. Проводится выдержка (10-30 секунд) для стабилизации температуры. Далее происходит автоматическое размещение припойной прокладки и кристалла в корпусе. Пайка кристалла проводится с приложением низкочастотных колебаний. После монтажа всех кристаллов установка с помощью вакуумного инструмента переносит корпус в кассету выгрузки.

57 57 Рисунок 2.23 Внешний вид подложек GelPak с припойными прокладками и кристаллами В установке Palomar 3500-III для монтажа компонентов используются вакуумные инструменты фирм SPT (Small Precision Tools) и Gaiser, внешний вид которых показан на рисунке а) б) в) Рисунок 2.24 Инструменты, используемые в установке Palomar 3500-III: а схематическое изображение двустороннего пирамидального инструмента для монтажа кристалла; б внешний вид пирамидального инструмента для монтажа кристалла; в внешний вид круглого инструмента для размещения преформы припоя в корпусе

58 58 В установке Palomar 3500-III точное позиционирование инструмента относительно монтируемого компонента перед захватом обеспечивается машинным зрением. Установка с помощью камеры определяет положение компонентов по заранее запрограммированным опорным точкам. Все операции, проводимые в процессе совмещенного монтажа, прописаны в программе, и машина следует им. После выполнения всех манипуляций с одним транзистором она автоматически переходит к следующему, и процесс повторяется Конструкции инструментов для ТЗС золотой проволокой В производстве СВЧ транзисторов используется микросварка клином Au и AlSi проволокой. В СВЧ транзисторах площадь контактных площадок напрямую влияет на емкость изделия, поэтому при проектировании топологии кристалла стараются обеспечить контактные площадки под разварку минимально возможного размера. В связи с этим для формирования внутренних соединений СВЧ транзисторов используется способ микросварки клином, который позволяет формировать небольшие сварные точки [74]. Также этот способ позволяет формировать стежковые петли, необходимые для построения входных и выходных согласующих LC цепей. При сборке мощных СВЧ транзисторов (от 100 Вт и более) такие цепи, состоящие из МДП-конденсаторов и нескольких параллельных проволочных перемычек определенной формы, располагают внутри корпуса транзистора. Клиновая микросварка осуществляется посредством специального инструмента. Проволока по микроскопическому каналу, выполненному на острие клина, подается под инструмент. Специальная канавка на наконечнике инструмента позволяет сформировать устойчивое соединение. При разварке клином может использоваться подача проволоки под 45 либо вертикальная подача. При подаче проволоки 45 за инструментом располагается зажим, который подает проволоку в инструмент перед сваркой первой точки и отрывает проволоку после сварки последней точки. Такой способ подачи считается классическим. В некоторых случаях, например, при разварке в

59 59 глубоком колодце, а также при необходимости формировать высокие близко расположенные петли, зажим за инструментом может задевать край колодца либо уже разваренные проволоки. В таких случаях применяется вертикальная подача проволоки. Для реализации такой подачи в инструменте имеется отверстие вдоль его длины, а за инструментом располагается небольшой «лепесток», который не позволяет проволоке выходить из отверстия в рабочей части. В таком случае зажим для проволоки располагают непосредственно над инструментом, он открыт при формировании петли и закрыт при обрыве проволоки после формирования последней точки сварки. При таком способе подачи отрыв проволоки на последней точке сварки происходит за счет движения инструментом «назад» при закрытом зажиме, а количество проволоки, необходимое для первой сварной точки следующей проволоки, предварительно вытягивается за счет движения с открытым зажимом. В данной работе для разварки золотой проволокой диаметром 30 и 40 мкм использовались инструменты производства фирмы SPT (Small Precision tools) [75], которые приведены на рисунках 2.25 и Рисунок 2.25 Инструмент для разварки методом клин-клин с подачей проволоки 45 фирмы SPT

60 60 Рисунок 2.26 Инструмент для разварки методом клин-клин с вертикальной подачей проволоки фирмы SPT Характеристики инструментов для разварки проволокой диаметром 30 и 40 мкм приведены в таблице 2.5. Таблица 2.5 Характеристики инструментов для разварки методом клин-клин с подачей проволоки 45º Инструмент для проволоки Au диаметром 30 мкм Инструмент для проволоки Au диаметром 40 мкм Шифр инструмента (согласно каталогу SPT) UT45С-Ti CCM UT45A-Ti CCM Длина рабочей площадки, BF, мкм Ширина рабочей площадки, W, мкм Передний радиус, FR, мкм Задний радиус, BR, мкм Угол подачи проволоки, HA Угол, RA Задний угол, BA Диаметр отверстия, H, мкм Длина инструмента L, мм 25,4 25,4 Диаметр инструмента D, мм 1,585 1,585 Размер инструмента в боковой плоскости, А, мм Длина нижней части инструмента, Т, мкм 1,168 1,

61 61 Для разварки золотой проволокой на рабочей площадке инструмента формируют поперечную канавку, а переднее и заднее скругления, а также саму рабочую площадку делают шероховатой. Это исключает скольжение инструмента по проволоке при формировании сварного соединения. Рабочая часть инструмента для разварки изготавливается из карбида титана Выбор оптимальных режимов термозвуковой сварки золотой проволоки с золотой металлизацией кристалла В качестве основного способа микросварки СВЧ-транзисторов принята ТЗС с использованием золотой проволоки. Процесс микросварки осуществляется при температуре общего нагрева с приложением к сварочному инструменту ультразвуковых колебаний. В зависимости от размеров контактных площадок СВЧ-транзисторов используется золотая проволока диаметром от 18 до 50 мкм [76]. Типовыми параметрами ТЗС являются следующие: нагрев подложки от 100 до 150 С; усилие сжатия от 20 до 200 г.; ультразвуковые колебания с частотой 60 кгц; мощность генератора 1-2 Вт; время сварки от 20 до 200 мс. Оптимальные режимы ТЗС выбираются опытным путем в зависимости от свойств присоединяемой проволоки и пленочной металлизации контактных площадок полупроводникового кристалла. Для выбора оптимальных режимов ТЗС золотой проволоки с золотой металлизацией кристалла использовалась пластина кремния с покрытиями Ti Pt Au общей толщиной 1,5 мкм. Температура нагрева пластины кремния поддерживалась на уровне 120 C. Соединения формировались на универсальной автоматической установке марки F&K Delvotec G5 DA методом «клинклин» инструментом фирмы SPT с поперечной канавкой и шероховатой рабочей поверхностью. Для сварки использовалась проволока диаметром 40 мкм фирмы Heraeus. Расстояние между сварными соединениями составляло 2 мм. Прочность соединений оценивалась разрушающим методом с одновременным контролем

62 62 характера разрушения на установке F&K Delvotec 5600 C. На каждом режиме было проведено 10 параллельных опытов. Для проведения эксперимента по известной методике [77] составлена матрица планирования полного факторного эксперимента (ПФЭ) типа 2 3, представленная в таблице 2.6. Таблица 2.6 Матрица планирования ПФЭ типа 2 3 опыта ,35 3,63 30, ,22 0,79 31, ,95 0,35 31, ,01 3,04 28, ,58 33, ,82 0,49 31, ,63 0,13 31, ,65 2,23 31,64 Для выбора оптимальных режимов ТЗС рассматривались следующие параметры: усилие сжатия сварочного инструмента (Х 1 ), время сварки (Х 2 ) и мощность ультразвуковых колебаний (Х 3 ) (в условных единицах). В качестве критерия качества оценивалась прочность соединений. Абсолютные значения верхнего, нижнего и основного уровней, учитываемых в данном эксперименте, факторов приведены в таблице 2.7, а в таблице 2.8 характер изменения исследуемых параметров для каждого опыта. Таблица 2.7 Значения верхнего и нижнего уровней факторов Уровни варьирования Параметры X 1, сн X 2, мс X 3, у.е. Основной 47, ,5 Верхний (+) Нижний (-) Интервал варьирования ΔX 2,5 5 2,5

63 63 Теоретические значения прочности соединений для каждого опыта предсказываемые математической моделью, представлены в таблице 2.6. Таблица 2.8 Характер изменения исследуемых параметров опыта Усилие Q, сн Мощность ультразвуковых колебаний W, у.е. Время τ, мс На рисунке 2.27 показан внешний вид микросварных соединений Au-Au, выполненных ТЗС. Разрушение соединений при оценке прочности происходило на участке перехода сварного соединения в проволоку (по «шейке») или в середине проволочной перемычки (рисунок 2.27, а). Отслоения привариваемой проволоки от золотой металлизации наблюдались в случае отклонений от оптимальных режимов сварки (рисунок 2.27, б). Исследование функции на экстремум показало, что максимальное значение прочности соединений достигается при следующих значениях безразмерных факторов x 1 =-1; х 2 =-1; х 3 =1. Следовательно, оптимальными параметрами процесса ТЗС будут следующие значения: Q=45 сн, W=55 у.е.; τ опт =40 мс. Среднее значение прочности соединений при данных значениях параметров составляет 33 сн. Результаты замеров прочности соединений приведены в таблице 2.9.

64 64 а) б) Рисунок 2.27 Внешний вид микросварных соединений Au-Au, выполненных на оптимальных режимах (а), с отклонениями от оптимальных режимов (б) и характер их разрушения при оценке прочности Таблица 2.9 Экспериментальные данные для выбора оптимальных режимов ТЗС Номер Экспериментальные значения прочности соединений, сн опыта 1 29, ,7 29,9 30,8 32,9 30,4 30,1 32,1 2 28,8 31,0 31,3 31,5 31,4 31,7 31,6 31,4 31, , ,7 32,3 32,2 32,3 31,9 32,1 32,6 32,5 4 27,3 29,6 27,6 30,2 24,3 29,0 28,0 29,4 28,3 26,4 5 32,8 33,0 33,3 33, ,6 32,9 31,2 33,1 33,4 6 33,7 31,5 31,8 31,8 31,8 31,5 31,5 32,0 31,3 31,3 7 31,8 30,9 31,2 31,8 31,5 32,1 32,0 31,7 31,7 31,6 8 33, ,5 33, ,1 28,7 31,9 30,0 31,5 Таким образом, выбраны оптимальные режимы термозвуковой сварки золотой проволоки диаметром 40 мкм с золотой металлизацией контактных

65 65 площадок кристаллов со следующими параметрами: усилие сжатия сварочного инструмента (Q = 45 сн), время сварки (τ=40 мс) и мощность ультразвуковых колебаний (W = 55 у.е.) Формирование внутренних соединений в СВЧ транзисторах на основе GaN Формирование внутренних соединений транзисторов на основе GaN осуществлялось термозвуковой сваркой Au проволокой методом клин-клин на полуавтоматической установке Delvotec Схема сборки транзистора ПП9139А1 приведена на рисунке Количество проволок на вывод затвора составляет 15, а на вывод стока 25. Рисунок 2.28 Схема сборки транзистора ПП9139А1: а) общий вид транзистора; б) схема разварки; в) вид транзистора в разрезе Установка Delvotec 5630 позволяет проводить сварку в автоматическом, полуавтоматическом или ручном режиме и полный статистический анализ процесса. Качество сварки и возможность создания уникальных по сложности рабочих программ, включая S-образные и развернутые на 180º петли, позволяют использовать установку 5630 для решения самых ответственных задач.

66 66 Установка 5630 дополняет автоматизированный сборочный участок, а также является идеальным универсальным инструментом для опытного и мелкосерийного производства, ремонта, тестирования изделий, входного контроля. Внешний вид установки показан на рисунке Рисунок 2.29 Установка разварки внутренних выводов Delvotec 5630 Процесс разварки соединений кристалл-корпус проводился в автоматическом режиме, для чего на установке Delvotec 5630 предварительно составляется программа. В ней прописаны положения кристаллов, координаты сварных точек, а также режимы петлеобразования и режимы сварки. Режим петлеобразования определяет внешний вид петли проволоки. Установка снабжена машинным зрением, что позволяет в автоматическом режиме определять координаты сварных точек по реперным меткам кристаллов Исследование электрических параметров транзисторов ПП9139А1 Для получения положительных результатов в области разработки топологии транзисторных кристаллов и технологии сборки были проведены измерения электрических параметров мощных СВЧ GaN транзисторов. Измерения выходной мощности, коэффициента усиления по мощности, коэффициента полезного действия стока транзисторов ПП9139А1 проводились на частотах 2 ГГц, 2,9 ГГц и 4 ГГц при рабочем напряжении питания 28 В в непрерывном режиме. В качестве

67 67 измерительного оборудования использовался автоматизированный стенд контроля параметров СВЧ транзисторов с переменными импедансами источника и нагрузки под управлением программного обеспечения Maury ATS. Измеренные характеристики представлены в таблице Таблица 2.10 Характеристики собранных GaN транзисторов Наименование транзистора Тестовая частота f тест, ГГц Выходная мощность Р вых, Вт Коэффициент усиления по мощности К yp, дб Коэффициент полезного действия η c, % Напряжение питания U пит, В ПП9136А 4,0 5,4 16,8 53,3 28 ПП9137А 4,0 11,5 14,8 55,4 28 ПП9138А 4,0 15,2 13, ПП9138Б 4,0 26,1 11,6 50,3 28 ПП9139А1 2,9 58,7 14, Электрические параметры разработанных транзисторов измерялись на установке фирмы Agilent. Выходная и проходная характеристики транзистора ПП9139А1 приведены на рисунке а) б) Рисунок 2.30 Типовые выходные характеристики (а) и проходная характеристика (б) в схеме с общим истоком при t C =25±15 С для транзисторов типа ПП9139А1 Зависимости входной, выходной и проходной емкостей от напряжения стокисток для транзисторов типа ПП9139А1 приведены на рисунке 2.31.

68 68 Рисунок 2.31 Типовые зависимости входной, выходной и проходной емкостей от напряжения сток-исток для транзисторов типа ПП9139А1 при t C =25±15 С Ток насыщения (I НАС ) для транзистора ПП9139А1 при напряжении стокисток U СИ = 10 В и напряжении затвор-исток U ЗИ = 2 В составляет порядка 15,3 А. Напряжение отсечки для транзистора ПП9139А1 при U СИ =10 В составляет минус 2,8 В. Типовые зависимости коэффициента усиления по мощности и коэффициента полезного действия стока от выходной мощности для транзисторов типа ПП9139А1 приведены на рисунках 2.32, 2.33 и Рисунок 2.32 Типовые зависимости коэффициента усиления по мощности и коэффициента полезного действия стока от выходной мощности для транзисторов типа ПП9139А1 при t С = 25±15 С на частоте 2 ГГц

69 69 Выходная мощность транзистора ПП9139А1 P вых на частоте 2 ГГц при уровне компрессии коэффициента усиления K ур на 1 дб составляет 64,3 Вт. При выходной мощности 50 Вт коэффициент усиления по мощности составляет 17 дб, коэффициент полезного действия стока 65,2 % в непрерывном режиме работы. Рисунок 2.33 Типовые зависимости коэффициента усиления по мощности и коэффициента полезного действия стока от выходной мощности для транзисторов типа ПП9139А1 при t с = 25±15 С на частоте 2,9 ГГц Выходная мощность транзистора ПП9139А1 P вых на частоте 2,9 ГГц при уровне компрессии коэффициента усиления K ур на 1 дб составляет 58,7 Вт. При выходной мощности 50 Вт коэффициент усиления по мощности составляет 14,2 дб, коэффициент полезного действия стока 69 % в непрерывном режиме работы. Рисунок 2.34 Типовые зависимости коэффициента усиления по мощности и коэффициента полезного действия стока от выходной мощности для транзисторов типа ПП9139А1 при t с = 25±15 С на частоте 4 ГГц

70 70 Выходная мощность транзистора ПП9139А1 P вых на частоте 4 ГГц при уровне компрессии коэффициента усиления K ур на 1 дб составляет 38,7 Вт. При выходной мощности 50 Вт коэффициент усиления по мощности составляет 11,2 дб, коэффициент полезного действия стока 58,7 % в непрерывном режиме работы. Анализ данных таблиц 2.4 и 2.10 показал, что электрические параметры изготовленных GaN-транзисторов (выходная мощность P вых,, Вт, коэффициент полезного действия η с, % и коэффициент усиления по мощности К yp, дб) соответствуют требованиям технического задания Оценка качества напайки кристаллов транзисторов измерением теплового сопротивления «кристалл-корпус» Допустимая максимальная температура эксплуатации приборов на основе широкозонных полупроводников GaN и SiC по разработанной в данной работе технологии составляет 300 С (GaN) и 350 С (SiC). Конструктор микроэлектронных устройств, а также и потребитель должны знать повышенную предельную температуру ППИ, которая зависит от конструкции корпуса и способов напайки кристаллов и отвода тепла от кристаллов [78, 79]. На тепловое сопротивление «кристалл-корпус» существенное влияние оказывает качество напайки кристаллов. Наличие пустот (непропаев) в паяном шве повышает тепловое сопротивление. Одномерное стационарное уравнение теплопроводности связывает скорость распространения потока тепла P с коэффициентом теплопроводности К, площадью поперечного сечения потока тепла А и температурным градиентом ΔТ/ΔХ следующим образом: Р = К А ΔТ/ΔХ. Так как ΔТ разность между начальной и конечной температурами, то можно записать:

71 71 ΔТ = Ө Р, где Ө = ΔХ/К А называется тепловым сопротивлением. Большое значение при проектировании ППИ имеет моделирование тепловых режимов. В работах [80, 81] излагаются методы расчета температурных полей на различных конструктивных уровнях элементов РЭА: микросхемы и микросборки, ячейки на печатных платах, блоки. Транзистор ПП9139А1 предназначен для работы в диапазоне температур от минус 60 до 125 С, максимальная температура активной области кристалла данного транзистора составляет 225 С, поэтому задача замеров R t при температуре 300 С не ставилась. Тепловое сопротивление «кристалл-корпус» R t данных транзисторов замерялось на программно-аппаратном стенде, оснащенном инфракрасным тепловизором Thermacam SC655. Распределение температуры по поверхности кристаллов транзисторов 1 3 показано на рисунке U си =28 В, I с =2,11 А, t п =200 С, t к =66 С, R t =2,268 С/Вт 2 U си =28 В, I с =1,69А, t п =200 С, t к =77 С, R t =2,599 С/Вт 3 U си =28 В, I с =1,67А, t п =200 С, t к =85 С, R t =2,459 С/Вт Рисунок 2.35 Распределение температуры по поверхности кристаллов транзисторов

72 72 В таблице 2.11 показаны значения R t для транзисторов ПП9139А1 1, 2, 3 (2,268, 2,599 и 2,459 С/Вт) при температуре кристалла 200 С. Таблица 2.11 Результаты замеров R t трех транзисторов ПП9139А1 транзистора U си, В I с, А t п, С t к, С R t п-к, С/Вт ,55 2,11 1,22 1,69 1,23 1, ,268 2,599 2,459 Методом сканирующей акустической микроскопии установлено, что пустоты в паяных соединениях кристалл-корпус отсутствуют. Выводы 1. Разработана технология сборки мощных СВЧ транзисторов с кристаллами GaN в корпуса КТ-81С и КТ-55С-1, по которой пайка кристаллов на основания корпусов проводится с использованием припоя 80Au20Sn, а внутренние соединения формируются ТЗС с использованием золотой проволоки. 2. На основе полного факторного эксперимента определены оптимальные режимы термозвуковой сварки золотой проволоки диаметром 40 мкм с золотой металлизацией кристалла: Q=45 сн, W=55 у.е.; τ опт =40 мс. Среднее значение прочности соединений при данных значениях параметров составляет 33 сн. 3. Анализ электрических параметров (выходная мощность P вых,, Вт, коэффициент полезного действия η с, % и коэффициент усиления по мощности К yp, дб) показал, что изготовленные GaN-транзисторы соответствуют требованиям технического задания. 4. Методом сканирующей акустической микроскопии установлено, что на оптимальных режимах сборки транзисторов ПП9139А1 пустоты в паяных

73 73 соединениях «кристалл-корпус» отсутствуют. Значения R t для данного типа транзисторов при температуре кристалла 200 С лежат в пределах 2,3 2,6 С/Вт.

74 74 ГЛАВА 3. МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ И ВНУТРЕННИХ ВЫВОДОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ 3.1. Монтаж кристаллов в силовых полупроводниковых приборах на основе карбида кремния В производстве ППИ широкое распространение получили следующие способы монтажа кристаллов [82]: приклеивание токопроводящими клеями на органической основе; пайка с образованием эвтектики; пайка припоями. Для монтажа кристаллов СПП целесообразно использоваться пайку. Известен способ монтажа кристаллов SiC на эвтектический сплав Si-Au [83]. Это контактно-реактивный метод пайки, он позволяет обеспечить равномерный отвод тепла от кристалла на теплоотвод. Для этого на паяемую поверхность кристалла наносится Ni (толщиной 0,2 1 мкм) и вжигается при температуре С. Следующим слоем является аморфный Si, который наносится толщиной 1 1,5 мкм. На основание корпуса наносится адгезионный слой (например, Ni), а затем Au 4-5 мкм (рисунок 3.1). SiC Основание корпуса Ni Аморфный Si Au Ni Ni Au Паяное соединение Основание корпуса SiC Ni Au Ni Ni Au Рисунок 3.1 Схема монтажа кристаллов SiC на эвтектический сплав Si-Au

75 75 Пайка производится следующим образом. Корпус прогревается до температуры С. Кристалл SiC захватывается вакуумным инструментом и притирается к корпусу с определенным нагружающим усилием, в результате образуется эвтектический сплав Si-Au Сварка внутренних выводов в силовых полупроводниковых приборах СПП в составе модулей обеспечивают коммутацию токов свыше 1000 А и напряжений до 5,5 кв, при этом размеры чипов достигают площади 2,6 см 2 (16 мм 16 мм). Это предъявляет повышенные требования к технологии производства, особенно к монтажно-сборочным операциям в СПП. При решении вопроса о надежности соединений, наряду с выбором оптимальных способов и режимов монтажа, необходимо учитывать качество металлизации контактных площадок кристаллов и корпусов, присоединяемой проволоки, материала и конструкции сварочного инструмента. В СПП при УЗС выводов используется алюминиевая проволока диаметром 0,25 мм и более. Соединения должны иметь плавный переход сварного соединения в проволоку, «без шейки», так как повышенное напряженное состояние данного участка соединения приводит к увеличению электрического сопротивления контактов под токовой нагрузкой и, естественно, к снижению надежности СПП. Для УЗС проволочных выводов в СПП используется специальная конструкция сварочного инструмента [84]. Анализ способов и технологии монтажа внутренних соединений в СПП показал, что целесообразно использовать ленточные выводы вместо проволочных [85, 86]. Например, проволока диаметром 0,4 мм соответствует ленте с поперечным сечением 0,2 мм 0,6 мм.

76 76 Для сварки ленточных выводов известен инструмент, приведенный на рисунке 3.2. а) б) в) Рисунок 3.2 Инструмент для сварки ленточных выводов СПП: а) вид спереди; б) вид сбоку (разрез); в) общий вид рабочей части Использование инструмента для сварки ленточных выводов возможно на установке, которая обеспечивает получение качественных сварных соединений, особенно на кристаллах СПП. Для этой цели необходимо использование специального способа сварки, позволяющего разрушать и удалять оксидные пленки с соединяемых поверхностей, а также обеспечивать необходимую пластичность материалов в зоне сварного соединения Монтаж кристаллов и внутренних выводов в силовых полупроводниковых приборах на основе карбида кремния Наиболее эффективным способом монтажа кристаллов СПП является пайка с образованием эвтектики Al-Zn [87 90], по которой алюминий наносится на паяемые поверхности кристалла и корпуса. Перед монтажом между кристаллом и корпусом размещают припойную прокладку 20Zn80Sn (рисунок 3.3). Из диаграммы состояния системы Zn-Sn (рисунок 3.4) видно, что сплав 20Zn80Sn имеет температуру плавления в пределах 250 С. Увеличивая содержание цинка в сплаве Zn-Sn, можно повысить температуру плавления сплава вплоть до 382 С (температура эвтектики Al Zn), то есть приравнять температуру плавления

77 77 паяного шва с температурой эвтектики на границах кристалл припой и припой корпус. Но в этом случае содержание Zn в сплаве Zn Sn будет в пределах 80 %. Однако следует помнить, что сплавы Zn Sn имеют высокую прочность и пластичность только при содержании Sn более 30 %. SiC SiC 20Zn80Sn Al Эвтектическое соединение Al-Zn Основание корпуса Al Основание корпуса Al Рисунок 3.3 Схема пайки кристаллов SiC с образованием эвтектики Al-Zn а) б) Рисунок 3.4 Диаграммы состояния Al-Zn (а) и Zn-Sn (б) Известен способ [91] пайки кристаллов SiC, при котором с целью повышения теплоотвода на паяемые поверхности кристалла и корпуса наносят порошок алмаза с размером зерен мкм. Между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя, содержащего адгезионно-активные металлы (хром, цирконий, молибден, тантал, ванадий и др.) по отношению к алмазу. Толщину фольги припоя выбирают из условия полного заполнения зазоров между алмазными зернами. При кристаллизации припоя алмазные зерна располагаются

78 78 внутри паяного шва, тем самым улучшая теплоотвод от кристалла к корпусу (коэффициент теплопроводности алмаза около 2000 Вт/м К). Для монтажа внутренних соединений между кристаллом и корпусом СПП широко используют УЗС алюминиевой лентой. Данная технология получила название HARB (Heavy Aluminum Ribbon Bonding). Присоединение одной ленты шириной 2000 мкм и толщиной 300 мкм эквивалентно трем петлям из проволоки диаметром 500 мкм. Для УЗС внутренних выводов СПП рекомендуется [84] алюминиевая лента шириной от 2 мм и толщиной порядка 300 мкм. Недостатком УЗС такой ленты является тройная интегральная энергия, приложенная к сварному соединению (повышенные давление сварочного инструмента, мощность ультразвукового генератора установки и время сварки). Известна технология монтажа алюминиевых ленточных выводов в мощных полупроводниковых приборах с использованием УЗ-систем повышенной частоты (до 110 кгц) [92]. В качестве недостатка следует отметить, что при УЗС ленты в зоне контакта «лента алюминиевая металлизация» наблюдаются дефекты в виде несплошностей (пор). Следует отметить, что при УЗС (сварка в твердой фазе) такие дефекты являются характерными и могут составлять % от площади сварного соединения. Для повышения надежности внутренних соединений алюминиевой ленты с алюминиевыми контактными площадками кристалла/корпуса СПП разработана лента, состоящая из чистого алюминия. При этом на поверхность алюминиевой ленты, контактирующей при сборке с алюминиевыми контактными площадками кристалла и корпуса, наносят цинковое покрытие [93]. В случае нанесения цинкового покрытия на обе поверхности ленты при сборке происходит взаимодействие расплавленного цинка с рабочей площадкой электрода. Данное обстоятельство снижает стойкость электрода, так как требуется периодическая зачистка его рабочей площадки.

79 79 Внутренний монтаж СПП такой лентой осуществляют следующим образом. Готовые кристаллы с алюминиевой металлизацией на контактных площадках в ориентированном положении относительно траверс корпуса закрепляют на монтажную площадку. При этом на траверсах корпуса уже сформирована алюминиевая металлизация. После совмещения ленты с алюминиевой контактной площадкой кристалла осуществляют локальный нагрев зоны соединения любым известным способом (расщепленный электрод, V-образный электрод и т.д.) до температуры С в защитной среде, например, формир-газе (15 % H % N 2 ). При данной температуре расплавленный цинк смачивает паяемую поверхность алюминиевой контактной площадки кристалла, что способствует образованию паяных эвтектических соединений Al-Zn (температура эвтектики 382 С) как со стороны алюминиевой ленты, так и со стороны алюминиевой контактной площадки кристалла (рисунок 3.5). Нагрев при пайке в интервале температур С способствует расплавлению цинка (температура плавления Zn 419 C) и лучшему смачиванию им паяемых поверхностей ленты и кристалла. При соответствующих технологических приемах, например, воздействии на электрод ультразвуковых или низкочастотных колебаний, возможно формировать паяные соединения без пор, т. е. получать площадь паяного шва, соизмеримую с площадью соединения ленты с алюминиевой контактной площадкой кристалла. Отсутствие в соединении «лента-кристалл» дефектов в виде пор улучшает теплоотвод от кристалла к корпусу, что повышает надежность внутренних соединений СПП при эксплуатации. После пайки ленты к кристаллу она перемещается на позицию пайки на траверсе корпуса. При завершении процесса пайки зона паяного соединения алюминиевой ленты с кристаллом/корпусом представляет собой структуру, состоящую из эвтектических соединений Al-Zn на границе ленты с кристаллом/корпусом и чистого Zn в центре шва.

80 80 Расщепленный электрод Al лента Кристалл SiC Zn покрытие Al Эвтектическое соединение Al-Zn Кристалл SiC Рисунок 3.5 Пайка ленточных выводов в СПП на основе SiC Известно, что Zn наряду с Au, Ag и Sn обладает особой пластичностью, поэтому наличие Zn в центре паяного шва ленты с алюминиевыми контактными площадками кристалла/корпуса при термоциклировании способствует релаксации напряжений в зоне соединения. Следует отметить, что данные паяные соединения на кристалле/корпусе повышают (до 382 С) температуру эксплуатации СПП. Это особенно важно для СПП на основе карбида кремния Сборка силовых полупроводниковых приборов на основе SiC в радиационностойких корпусах Устойчивость ППИ к воздействию проникающей радиации в значительной степени зависит от материалов кристаллов, корпусов, внутренних выводов и технологии сборочных операций.

81 81 Обеспечение высоких показателей эксплуатационной надежности приборов и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в целом в условиях радиационных воздействий постоянно находится в центре внимания разработчиков РЭА. В результате поглощения энергии сверхжесткого рентгеновского излучения происходит разогрев ППИ и возникают следующие основные дефекты: разрушение конструкции ППИ в результате расплавления прокладок, выполненных из тяжелых металлов (золото, свинец, олово и др.), обрыв внутренних выводов от траверс. Возможны нарушения прочности из-за термомеханических напряжений в результате неравномерного разогрева [94]. Поэтому при сборке особенно СПП для формирования межсоединений используют металлы с атомным номером не выше, чем у кремния. С этой точки зрения наиболее стойким к радиации является алюминий. В производстве СПП для внутреннего монтажа используется большая номенклатура многослойных металлических лент [95]. Основным недостатком этих материалов является недостаточная радиационная стойкость. Вопросы обеспечения эксплуатационной надежности ППИ и РЭА в целом в условиях радиационных воздействий (электронов, протонов, тяжелых заряженных частиц, рентгеновского и гамма-излучения) являются весьма актуальными. Повышение их радиационной стойкости решается следующими методами [96]: технологическими, конструктивными, схемотехническими и с помощью моделирования радиационных эффектов (на стадии проектирования ППИ). Авторы работы [96] отмечают, что при использовании стандартных материалов (алюминий и его сплавы) конструкционной защиты космических аппаратов (КА) уровни радиационных воздействий являются достаточно высокими. Поэтому используют локальную защиту для наиболее уязвимых элементов, в основном, кристаллов и внутренних соединений кристаллов с траверсами корпуса.

82 82 Локальная защита представляет собой дополнительный экран для предохранения только критичных узлов и элементов аппаратуры. Хотя авторы вышеприведенной статьи и утверждают, что локальная защита не приводит к серьезному увеличению массы или габаритов блоков КА. Перспективным является направление создания новых типов корпусов, в конструкции которых входят экраны радиационной защиты. Одним из основных приемов радиационной защиты является подбор материалов соответствующей толщины. Например, для уменьшения энергии электронов до 1,6 1,8 МэВ на ускорителе ЭЛУ-4 между мишенью и окном вывода электронов устанавливалась алюминиевая пластина толщиной 5 мм. Экраны на основе керамики Al 2 O 3 могут обеспечить требуемый уровень защиты ППИ при толщинах более 3 мм, а экраны из сплава 29 НК более 1,5 мм. На рисунке 3.6 представлены различные конструкции корпусов для защиты ИМС. Для сборки диодных сборок Шоттки на основе SiC используются корпуса, монтируемые в отверстия на печатной плате и корпуса для поверхностного монтажа. В настоящее время широко применяются металлокерамические корпуса КТ-93 (SMD-0,5) и КТ-94 (SMD-1) с ободком, которые монтируются на поверхность печатной платы. Материал монтажной и выводных площадок псевдосплав вольфрама и меди, благодаря которому обеспечивается низкое активное сопротивление и высокая теплопроводность. Монтажная площадка для посадки кристалла одновременно является наружной выводной площадкой корпуса.

83 83 Рисунок 3.6 Конструкции корпусов ИМС с интегрированными защитными экранами ряда зарубежных компаний [96] Корпус состоит из основания и крышки. Все открытые металлизированные поверхности и металлические части основания корпуса имеют антикоррозионное покрытие.

84 Предлагаемая конструкция корпуса на основе алюминия 84 На рисунке 3.7 представлена конструкция силового диода Шоттки на основе SiC (вид сбоку) Рисунок 3.7 Конструкция силового диода Шоттки: 1 кристаллодержатель (катод); 2 кристалл SiC; 3 паяное соединение ленты с кристаллом; 4 изолятор; 5 Al лента с Zn покрытием; 6 траверса; 7 паяное соединение ленты с траверсой; 8 анод; 9 керамический ободок; 10 алюминиевая крышка с защитным экраном Основные технологические операции сборки диодов Шоттки на основе SiC Операция 1. Нанесение алюминиевой металлизации на паяемые поверхности элементов диода Шоттки (1, 2, 4, 6, 8, 9). Алюминиевую металлизацию получают различными методами: термическим испарением в вакууме, магнетронным испарением (МИ) и гальваническим осаждением [97]. Операция 2. Размещение элементов корпуса (1, 4, 6, 8, 9), припойных прокладок 20Zn80Sn и кристалла (2) в кассете для групповой пайки.

85 85 Операция 3. Пайка элементов корпуса и кристалла при температуре С в формир-газе (15 % H % N 2 ). Zn способствует образованию эвтектического паяного соединения Al-Zn с температурой плавления 382 С. Операция 4. Пайка внутренних соединений между кристаллом и траверсой корпуса Al лентой с Zn покрытием. Количество ленточных перемычек и их размеров зависит от характеристик диода Шоттки. Операция 5. Размещение припойной прокладки 20Zn80Sn между керамическим ободком и алюминиевой крышкой. Герметизация диода Шоттки осуществляется локальным нагревом с расплавлением припойной прокладки любым известным способом при определенном давлении. Выступ на алюминиевой крышке играет роль защитного экрана при радиационных воздействиях. При этом выступ должен располагаться над кристаллом, траверсой и присоединяемыми ленточными выводами. Таким образом, разработанная технология сборки СПП на основе SiC обеспечивает их работоспособность при температурах до 350 С. Соединения между элементами прибора представляют собой эвтектику Al-Zn с температурой плавления 382 С. Предложенная технология сборки отличается от существующих тем, что корпус, внутренние выводы и крышка корпуса выполнены из радиационностойкого материала (алюминия). При формировании внутренних соединений СПП на основе SiC целесообразно использование алюминиевой ленты с цинковым покрытием поверхности для пайки к контактным площадкам кристалла и корпуса.

86 Исследование коррозионной стойкости алюминиевой металлизации кристаллов и корпусов полупроводниковых изделий Коррозионную стойкость алюминиевой металлизации изучают чаще всего ускоренными электрохимическими методами, например, снятием поляризационных потенциодинамических кривых в различных средах: в растворах азотной [97] или фосфорной кислот [98], а также в нейтральных растворах, имитирующих конденсат влаги промышленной атмосферы (КПА) [97]. Проводились исследования коррозионной стойкости в слабокислой и нейтральной средах алюминиевой металлизации, полученной методом термического напыления в вакууме и гальваническим осаждением [97]. Напыление алюминия проводили на подложки окисленного кремния. Толщина исследуемых пленок составляла 1,5 мкм, а толщина подслоя SiO 2 0,5 мкм. Температура подложек в процессе напыления пленок алюминия составляла 473 К. Гальваническое осаждение алюминия осуществляли на коваровую основу (корпус транзистора) из ксилольного электролита (смеси изомеров ксилола), содержащего 500 г/л AlBr 3 и 5 г/л парафина при комнатной температуре при катодной плотности тока 1 А/дм 2 в закрытом электролизере. Толщина Al покрытий составляла около 5 мкм. Коррозионную стойкость Al металлизации изучали снятием поляризационных кривых потенциодинамическим методом (2 мв/с) на потенциостате П-5827М с автоматической записью на потенциометре КСП. Электрод сравнения использовали хлоридсеребряный, а вспомогательный из платины. Исследуемая поверхность пленочной металлизации составляла 1 см 2. Для проведения сравнительных исследований поляризационные кривые снимали на Al электроде, изготовленном из алюминия чистотой 99,7 %, полученного промышленным электрометаллургическим методом. Коррозионная среда 4 % раствор азотной кислоты и растворы нитрата натрия с концентрацией 1, 4 и 8 %, а также 4 % раствор хлорида натрия. Электронно-микроскопические

87 87 исследования проводили на пленках алюминия, нанесенного гальваническим осаждением (Al г ) толщиной около 0,1 мкм на микроскопе ЭМВ. На рисунке 3.8 представлены анодные поляризационные кривые (E-i), снятые в 4 %-м растворе HNO 3, на Al, напыленном на SiO 2 (кривая 1) и гальванически осажденным алюминии (кривая 2). Для сравнения представлена E-i кривая 3 для Al, полученного электрометаллургическим методом (Al м ). Из рисунка 3.8 видно, что на всех E-i кривых в широком интервале потенциалов от -0,4 В до +1,6 В имеется область полной пассивации. Отсутствие участков активного и активно-пассивного состояния свидетельствует о том, что на поверхности алюминия имеется защитная оксидная пленка. Однако поведение защитного слоя на поверхности металла в пассивном состоянии определяется методом получения алюминиевой металлизации, что подтверждается величиной токов полной пассивации (i пп ). Для более наглядного представления этой зависимости на рисунке 3.9 представлены E-i кривые, ограниченные начальной областью пассивации. Видно, что при Е=+0,4 В для напыленного алюминия (Al нап ) i пп =0,02 ма/см 2 (кривая 1), а для гальванического алюминия (Al г ) i пп 2 ма/см 2 (кривая 2). Промежуточное положение занимают E-i кривые для электрометаллургического алюминия (Al эм ) i пп =0,28 ма/см 2 (кривая 3). Можно предположить, что такое различие в характере E-i кривых и значениях i пп обусловлено рядом причин: структурой и фазовым составом алюминия и его поверхностной пленки, пористостью оксида, влиянием подложки и другими факторами. Ранее проведенными электронно-микроскопическими исследованиями было установлено [98], что пленки Al нап толщиной от 0,2 до 10 мкм, полученные методами термического напыления являются поликристаллическими. Защитный естественный оксид является аморфным, имеет толщину 6 нм и представляет собой фазу γ Al 2 O 3, которая проявляет амфотерные свойства, т.е. растворима и в кислотах, и в щелочах. Очевидно, что Al нап также на поверхности содержит

88 88 оксид этой фазы, а i пп определяется процессом ионизации алюминия через поры оксида. Рисунок 3.8 Потенциодинамические кривые, снятые в 4 %-м растворе HNO 3 алюминиевой металлизации, полученной различными методами: термическим напылением (1), гальваническим осаждением (2), электрометаллургическим способом (3) Рисунок 3.9 Кривые анодной поляризации в пассивной области потенциалов в 4%-м HNO 3 алюминиевой металлизации, полученной термическим напылением (1), гальваническим осаждением (2) и электрометаллургическим способом (3) Установлено также, что при отжиге (Т=827 К) в течение 30 минут толщина оксидных пленок заметно возрастает (до 26 нм), коррозионная стойкость увеличивается, что, по-видимому, обусловлено переходом γ-al 2 O 3 в α-al 2 O 3

89 89 (кристаллическую форму), которая не проявляет амфотерные свойства. При переходе аморфной модификации в кристаллическую на поверхности частиц Al 2 O 3 исчезают химически активные центры, которыми могут быть участки с дефектами структуры или со слабыми химическими связями Al-O [99]. Al нап, полученный при высоких температурах, содержит на поверхности оксиды двух модификаций, а i пп в основном определяется не только растворением γ-al 2 O 3 в кислой среде, но и процессом ионизации алюминия через поры оксида α-al 2 O 3. Известно, что электрометаллургический алюминий (Al эм ) содержит примеси некоторых элементов, преимущественно кремний, железо и медь [99]. В процессе производства Al эм может быть различной чистоты: технический (99,5 %), электролитический (99,7 %) и электрорафинированный (99,99 %). В данной работе было исследовано анодное растворение электролитического Al, в котором содержание примеси 0,3 %. Очевидно, что достаточно высокое значение i пп определяется, прежде всего, ионизацией примесных металлов через поры оксида. Еще более высокие значения i пп обнаружены для гальванического алюминия, что можно объяснить образованием крупнокристаллической структуры покрытия. Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что морфология Al г рельефна, а оксидная пленка на поверхности металла является пористой (рисунок 3.10). Очевидно, что через поры оксида происходит ионизация компонентов основы ковара (никеля и железа), которая и обуславливает высокие значения i пп наряду с растворением оксида в кислой среде. Для получения более мелкокристаллической структуры необходимо вводить поверхностно-активные добавки, улучшающие структуру Al г. Существенно более высокую коррозионную стойкость проявляют пленки Al г в нейтральной среде, например, в водных растворах NaNO 3 (рисунок 3.11). Из рисунка 3.11 видно, что i пп в этих растворах значительно меньше, чем в растворе HNO 3 (рисунок 3.8). Например, для Al г при Е=0,4 В в 4%-м растворе NaNO 3 i пп 43мкА/см 2, а в 4%-м растворе HNO 3 i пп 2 ма/см 2 (рисунок 3.8, кривая 2).

90 90 Очевидно, в нейтральной среде значения i пп определяются только ионизацией металлов через поры оксида. Для Al нап в 4% растворе NaNO 3 i пп составляет 33 мка/см 2 (рисунок 3.11, кривая 4). Из этих данных следует, что значения i пп для Al г и Al нап в нейтральных растворах соизмеримы. С целью совершенствования технологии сборки ППИ возможно нанесение гальванического алюминия на основание корпуса. Влияние анионного состава, а именно хлорид-ионов, на значение i пп было изучено в 4% растворе хлорида натрия (рисунок 3.11, кривая 5). Область потенциалов пассивации Al г в этом растворе существенно меньше в сравнении с растворами NaNO 3 и составляет от - 0,4 В до - 0,2 В (кривая 5). При Е= - 0,2 В наблюдается резкий скачок тока, обусловленный пробоем оксидной пленки. Подобное влияние хлорид-ионов на анодное растворение алюминия показано в работе [100]. В присутствии Cl - ионов происходит постепенное вытеснение ими кислорода из защитной пленки и адсорбированного кислорода с поверхности электрода. Вследствие этого при достижении потенциала пробоя оксидная пленка не образуется за счет прямого окисления. Анодный процесс образования защитного оксида заменяется анодным процессом образования легкорастворимого хлорида алюминия, который затрудняет доступ кислорода к поверхности электрода, а значит, и пассивацию Al. Рисунок 3.10 Микроструктура алюминия толщиной около 0,1 мкм, нанесенного гальваническим осаждением

91 91 Рисунок 3.11 Потенциодинамические E-i кривые: Al г в растворах NaNO 3 с концентрацией (%): 8 (кривая 1); 4 (кривая 2); 1 (кривая 3); Al нап в 4% растворе NaNО 3 (кривая 4); Al г в 4% растворе NaCl (кривая 5) Термически напыленный Al, полученный при высоких температурах, содержит на поверхности оксиды двух модификаций, а величина тока полной пассивации в основном определяется не только растворением γ-al 2 O 3 в кислой среде, но и процессом ионизации алюминия через поры оксида α-al 2 O 3. С целью совершенствования технологии сборки ППИ возможно нанесение гальванического алюминия на основание корпуса, например, для напайки кристаллов на припой состава Al-Zn. Выводы 1. Проведен анализ конструкций СПП на основе карбида кремния, рассмотрена металлизация на лицевой и паяемой поверхностях кристаллов, а также корпусов. 2. При формировании внутренних соединений СПП на основе SiC целесообразно использование алюминиевой ленты с цинковым покрытием поверхности для пайки к контактным площадкам кристалла и корпуса.

92 92 3. Разработана новая технология сборки СПП на основе SiC, работающих при температуре до 350 С. Предложенная технология сборки отличается от существующих тем, что корпус, внутренние выводы и крышка корпуса выполнены из радиационностойкого материала (алюминия). Соединения между элементами прибора представляют собой эвтектику Al-Zn с температурой плавления 382 С. 4. С целью повышения коррозионной стойкости алюминиевой металлизации рекомендуется использовать термическое напыление на соединяемые поверхности для пайки радиационностойких СПП на основе SiC.

93 93 ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ В связи с уменьшением размеров элементов ППИ большое внимание уделяется проблеме задержки сигналов в соединительных линиях. В связи с этим появилась необходимость замены алюминиевой металлизации на медную в производстве современных интегральных схем, в первую очередь, микропроцессоров с элементами субмикронных размеров [101]. Преимущества меди в качестве материала межсоединений перед алюминием: более низкое удельное сопротивление, что, по оценкам специалистов, дает до 40 % выигрыш в величине RC-задержки; высокая термическая стабильность и существенно меньшая склонность к электромиграции. Однако вместе с указанными преимуществами медь имеет и нежелательные свойства, так как является быстродиффундирующей примесью. Медь быстро диффундирует во многие материалы, включая SiO Медная металлизация с никелевым соединительным слоем в производстве полупроводниковых приборов Переход к медным межсоединениям в условиях миниатюризации ППИ, в частности, в сверхбольших интегральных схемах (СБИС) с элементами субмикронных размеров, затруднен из-за диффузионной подвижности Cu в различных материалах. Этот фактор вынуждает окружать медные межсоединения со всех сторон диффузионно-барьерным слоем (ДБС). В случае применения медных токоведущих слоев (ТВС) наличие ДБС требуется не только в области контактного окна, но и на маскирующем SiO 2, поскольку медь быстро диффундирует через него даже при низких температурах.

94 94 Медь на воздухе покрывается оксидной пленкой, которая существенно влияет на качество сборочных операций при формировании внутренних соединений к кристаллу. Поэтому после нанесения медной металлизации ее защищают покрытием (соединительным слоем) определенной толщины. В качестве материалов соединительного слоя можно использовать золото, серебро или никель. Наиболее перспективным как с экономической, так и с технологической стороны является никелевое покрытие. В статье [102] проведены исследования свойств медной металлизации ТВС кремниевых кристаллов. Основным недостатком формирования сварных соединений к никелевому соединительному слою на контактных площадках кристаллов с медными соединениями является использование алюминиевой проволоки. Внутренние соединения в ППИ представляют собой перемычку между контактной площадкой кристалла и траверсой корпуса. Применение алюминиевой проволоки приводит к снижению надежности ППИ в целом при использовании корпусов с золотым покрытием. Соединения Al-Au являются термодинамически неустойчивыми из-за образования в контактах этих металлов низкотемпературных интерметаллических соединений (рисунок 4.1). Рисунок 4.1 Диаграмма состояния Al-Au [52]

95 95 Последние появляются уже в процессе формирования сварного соединения как при УЗС, так и при ТЗС и продолжают расти при повышенной температуре в процессе технологических обработок и эксплуатации приборов. Основным механизмом отказа микросварных соединений Al-Au является нарушение механической целости данных соединений, что обусловлено формированием пустот и микротрещин в контакте вследствие эффекта Киркендалла. В статье [102] экспериментально установлены оптимальные режимы УЗС алюминиевой проволоки диаметром 50 мкм с никелевым соединительным слоем. Прочность соединений на отрыв стабильная и изменяется от 20 до 27 сн, при этом разрушение на всех образцах происходит по «шейке» (участку перехода проволоки в сварное соединение). Это связано с состоянием поверхностных слоев металлизации Cu-Ni на кристалле. Органические загрязнения и естественные оксидные пленки на поверхности соединяемых деталей как при пайке, так и сварке существенно влияют на процесс образования и развития физического контакта в зоне соединения. Одним из методов подготовки поверхности Cu-Ni металлизации к микросварке выводов является получение на контактной площадке кристалла микрорельефа с малой высотой микронеровностей. Известно, что структура и морфология поверхности исходного кристалла и его металлизация претерпевают существенные изменения на разных технологических операциях изготовления кристаллов. Разработан [103] способ приварки золотой проволоки к серебряному соединительному слою на контактных площадках кристаллов с медными соединениями. Известно, что основной трудностью сборочных операций по серебряному покрытию является наличие сульфидной пленки Ag 2 S на поверхности. Сборка ППИ по серебряным покрытиям требует тщательной подготовки соединяемых деталей. Образование Ag 2 S сопровождается потемнением поверхности серебра и увеличением электрического сопротивления. При низких температурах пленки

96 96 Ag 2 S фактически становятся электроизоляционными. Кроме того, соединения системы золото-серебро склонны к электромиграции из-за неограниченной взаимной растворимости. Это приводит к нарушению соединений золотых проводников с серебряным покрытием вследствие полного растворения серебра в контакте. Более того, на серебряном покрытии при определенных условиях (повышенная влажность и нагрев) вырастают тонкие копьевидные кристаллы («усы»), способные приводить к короткому замыканию близлежащих цепей или размыканию цепей при пониженных температурах. Данные факторы снижают качество приварки золотой проволоки к серебряному соединительному слою на контактных площадках кристаллов с медными соединениями и надежность ППИ при эксплуатации. Кроме того, использование гальванического серебрения для формирования соединительного слоя требует последующей отмывки, что повышает себестоимость производства ППИ. С целью повышения качества соединений золотую проволоку целесообразно приваривать к Ni соединительному слою. Сварка золотой проволоки к Ni-соединительному слою на контактных площадках кристаллов с медными соединениями реализуется следующим образом. На кремниевых пластинах с кристаллами по известной полупроводниковой технологии формируют пленку SiO 2. Затем на пленку SiO 2 напыляют пленки ванадия (адгезионный слой), меди и никеля. В отличие от исследований, проведенных в работе [102], напыление пленок ванадия толщиной 0,5 мкм (3 минуты), меди толщиной 1,5 мкм (40 минут) и никеля толщиной 0,3 мкм (3 минуты) осуществляли в одном технологическом цикле при температуре 320 С с целью исключения последующего отжига. При этом диффузия меди через никелевое покрытие происходит в процессе формирования металлизации. Рентгеноспектральный анализ химического состава металлизации Cu-Ni после напыления при температуре 320 С показал следующие результаты: Cu (78,207 %), Ni (21,793 %).

97 97 Следует отметить, что золото образует непрерывный ряд твердых растворов с Ni и Cu в виде двойных систем. Например, при взаимодействии золота с Ni (при ТЗС) образуются фазы Au 3 Ni, AuNi и AuNi 3. При этом скорость диффузии Ni в золото гораздо ниже, чем у других переходных металлов подгруппы железа Исследование микротвердости медной металлизации с никелевым соединительным слоем Микротвердость тонких покрытий измеряли по методу Кнупа. Этот метод измерения подразумевает использование в качестве индентера четырехгранной пирамиды с ромбическим основанием. Глубина отпечатка при таком исследовании получается около 1/30 длины диагонали. Сущность метода заключается во вдавливании в поверхность испытуемого образца под действием приложенной нагрузки (статистической силы) F алмазного наконечника в виде пирамиды с углами α и β между противоположными сторонами равными 172,5 и 130 соответственно (рисунок 4.2) и измерении длины большей диагонали d отпечатка, оставшегося на поверхности образца после ее снятия [104]. индентера Рисунок 4.2 Принцип измерения микротвердости по Кнупу и геометрия Значение микротвердости по Кнупу определяется по формуле

98 Количество измерений, % 98 H k 1,451 F / l 2, где F сила воздействия, Н; l длина большей диагонали отпечатка, см. Чем меньше толщина исследуемого покрытия, тем меньше должна быть используемая нагрузка F. Величина нагрузки выбирается такой, при которой материал основы не влияет на результаты измерений [105]. Исследование микротвердости системы Cu-Ni проводились на цифровом твердомере KB 30S по методу Кнупа с объективом 20x и программным обеспечением HardWin XL. После индентирования цифровое изображение отпечатка, полученное камерой, увеличивается объективом и отображается на мониторе. Измерение длин диагоналей и расчет единиц твердости производится автоматически. Значения твердости выводятся на дисплей, а цифровое изображение отпечатков сохраняется на жестком диске. Измерение микротвердости проводили путем вдавливания алмазной пирамидки Кнупа с нагрузкой 0,1 Н (0,01 кгс) и выдержкой в течение 10 с. По рассчитанным значениям микротвердости построены интегральные распределения значений микротвердости исследуемой металлизации (рисунок 4.3) Микротвердость, МПа Рисунок 4.3 Интегральные распределения значений микротвердости металлизации Cu-Ni после напыления при температуре 320 С

99 99 Значения микротвердости металлизации Cu-Ni после напыления при температуре 320 С лежат в пределах МПа Выбор режимов приварки Au проволоки к металлизации Cu-Ni расщепленным электродом Для выбора оптимальных режимов монтажа микросоединений золотой проволоки диаметром 30 мкм к металлизации Cu-Ni использовалась импульсная сварка «расщепленным» электродом с рабочей частью из сплава ВК-8. При сварке сдвоенным «расщепленным» электродом учитывается особенность выполнения соединений в изделиях, которая заключается в одностороннем расположении электродов, объединенных в жесткую конструкцию. Между электродами размещается электроизоляционная (слюда или синтетический корунд) прокладка толщиной 0,03 0,22 мм. Если диаметр проволочного вывода составляет 0,03 0,15 мм, то длинна и ширина торца каждого электрода соответственно составляют 0,02 0,1 мм и 0,08 0,6 мм. Сварка расщепленным электродом характеризуется следующими параметрами: время импульса (Т, мс), мощность генератора (N, в условных единицах), давление на инструмент (P, гс). Разварка золотой проволоки проводилась с использованием электрода типа ЭК (рисунок 4.4). Материал электрода сплав ВК-8. Выбор режимов сварки золотой проволоки расщепленным электродом проводился на образцах с металлизацией Cu-Ni после напыления при температуре 320 С. На каждом режиме разваривалось по 15 проволочных перемычек. Оптимальные режимы сварки приведены в таблице 4.1.

100 100 Рисунок 4.4 Конструкции электродов для сварки Таблица 4.1 Режимы сварки и прочность соединений Au CuNi Параметр После напыления при температуре 320 С Время импульса (Т, мс) 30 Мощность генератора (N, в условных единицах) 100 Давление на инструмент (P, гс) 85 Прочность соединения, сн 10,3-13,05 Оценка прочности проволочных соединений осуществлялась на установке контроля прочности сварных соединений Delvotec 5600C. Внешний вид сварных соединений и характер разрушения при оценке прочности на обрыв на исследуемых образцах с Cu-Ni металлизацией приведены на рисунке 4.5, а интегральное распределение значений прочности на рисунке 4.6.

101 Количество измерений, % 101 а) б) в) Рисунок 4.5 Сварные соединения Au проволоки диаметром 30 мкм с Cu-Ni металлизацией после напыления, выполненных сваркой расщепленным электродом: а) первая сварная точка; б) вторая сварная точка; в) характер разрушения при оценке прочности Прочность, сн Рисунок 4.6 Интегральное распределение значений прочности соединений Au проволоки диаметром 30 мкм с Cu-Ni металлизацией, выполненных сваркой расщепленным электродом 4.4. Приборы на основе GaN в изделиях оптоэлектроники GaN перспективен для применения не только в СВЧ и силовой электронике, но и для производства изделий оптоэлектроники. В светодиодах и лазерных диодах используются структуры на основе нитридов (AlN, GaN, AlGaN, InGaN). На основе таких структур изготавливают источники света в коротковолновой и

102 102 ближней ультрафиолетовой части спектра (длины волн от 400 до 550 нм [106, 107]). На основе GaN создают лазеры для синей области спектра [108]. Для производства светодиодов и лазеров GaN может выращиваться на подложках из сапфира, карбида кремния, кремния. При использовании карбида кремния существует возможность стравливать часть SiC-подложки с целью формирования линзовой системы. Это обеспечивает собирание светового потока и нанесения люминофора на кристалл в производстве белых светодиодов [109]. В волоконно-оптической системе передачи данных для применения в качестве источника оптического излучения перспективны светодиоды и лазерные диоды на основе GaN [110] Волоконно-оптическая система передачи информации со спектральным уплотнением Принцип работы волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) со спектральным уплотнением основан на мультиплексировании и демультиплексировании оптических сигналов разных длин волн (частотных каналов) при их передаче по одному оптическому волокну [111, 112]. При несанкционированном выводе излучения небольшой мощности через боковую поверхность оптического волокна возможен несанкционированный доступ к передаваемым данным. Для защиты передаваемой информации в волоконно-оптическую систему передачи со спектральным уплотнением, содержащую последовательно соединенный N-канальный электронно-оптический преобразователь, оптический мультиплексор, оптическое волокно, оптический демультиплексор, N-канальный оптико-электронный преобразователь, дополнительно введены два N-канальных коммутатора и два формирователя сигналов управления (рисунке 4.7).

103 Рисунок 4.7 Структурная схема волоконно-оптической системы передачи данных со спектральным уплотнением, где 1 - первый коммутатор; 2 - электронно-оптический преобразователь (ЭОП); 3 - оптический мультиплексор; 4 - оптическое волокно (ОВ); 5 - оптический демультиплексор; 6 - оптико-электронный преобразователь (ОЭП); 7 - второй коммутатор; 8 - первый формирователь сигналов управления; 9 - второй формирователь сигналов управления; s i (t) - входные электрические сигналы, где i=1 N; s' k (t) - преобразованные электрические сигналы, где k=1 N; s' λk (t) - оптические сигналы на несущей длине волны λ, где k=1 N; u - синхронизирующий управляющий сигнал, передающий служебную информацию; u λn+1 - синхронизирующий управляющий сигнал, преобразованный в оптический на несущей длине волны λ N+1 ; s' λk+λn+1 (t) - суммарный оптический сигнал

104 104 Суть этих технических решений состоит в пространственной коммутации каналов, передающих электрические сигналы, и синхронизации времени коммутации на передающей и принимающей сторонах устройства в реальном масштабе времени. Совершенствование систем передачи информации в ВОСП со спектральным уплотнением в направлении повышения их защищенности является практической реализацией требований по решению комплексных задач повышения эффективности и качества защиты информации. Выводы 1. Показано, что напыление пленок ванадия, меди и никеля в одном технологическом цикле при температуре 320 С позволяет исключить последующий отжиг металлизации Cu-Ni. 2. Представлены результаты исследований микротвердости и химического состава металлизации Cu-Ni после напыления при температуре 320 С. Рентгеноспектральный анализ химического состава металлизации Cu-Ni показал следующие результаты: Cu (78,207 %), Ni (21,793 %). Значения микротвердости металлизации Cu-Ni лежат в пределах МПа. 3. Выбраны оптимальный способ и режимы формирования соединений золотой проволоки диаметром 30 мкм к контактным площадкам кристаллов с Cu металлизацией, покрытой Ni защитной пленкой. Экспериментально доказано, что использование способа сварки «расщепленным» электродом обеспечивает качественные соединения прочностью от 10 до 13 сн. 4. Усовершенствована волоконно-оптическая система передачи информации со спектральным уплотнением, повышающая защищенность передаваемых данных с электронно-оптическим преобразователем на основе GaN-приборов и приборов с Cu-Ni металлизацией на кристаллах.

105 105 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации получены следующие научные и технические результаты: 1. Разработана технология сборки мощных СВЧ транзисторов с кристаллами GaN в корпуса КТ-81С и КТ-55С-1, по которой пайка кристаллов на основания корпусов проводится с использованием припоя 80Au20Sn, а внутренние соединения формируются ТЗС с использованием золотой проволоки. 2. Анализ электрических параметров (выходная мощность P вых, Вт, коэффициент полезного действия η с, % и коэффициент усиления по мощности К yp, дб) показал, что изготовленные GaN-транзисторы соответствуют требованиям технического задания. 3. Методом сканирующей акустической микроскопии установлено, что на оптимальных режимах сборки транзисторов ПП9139А1 пустоты в паяных соединениях «кристалл-корпус» отсутствуют. Значения R t для данного типа транзисторов при температуре кристалла 200 С лежат в пределах 2,3 2,6 С/Вт. 4. При формировании внутренних соединений СПП на основе SiC целесообразно использование алюминиевой ленты с цинковым покрытием поверхности для пайки к контактным площадкам кристалла и корпуса. 5. Разработана новая технология сборки СПП на основе SiC, работающих при температуре до 350 С. Предложенная технология сборки отличается от существующих тем, что корпус, внутренние выводы и крышка корпуса выполнены из радиационностойкого материала (алюминия). Соединения между элементами прибора представляют собой эвтектику Al-Zn с температурой плавления 382 С. 6. Показано, что напыление пленок ванадия, меди и никеля в одном технологическом цикле при температуре 320 С позволяет исключить последующий отжиг металлизации Cu-Ni. 7. Выбраны оптимальный способ и режимы формирования соединений золотой проволоки диаметром 30 мкм к контактным площадкам кристаллов с Cu металлизацией, покрытой Ni защитной пленкой. Экспериментально доказано, что

106 106 использование способа сварки «расщепленным» электродом обеспечивает качественные соединения прочностью от 10,3 до 13 сн.

107 107 ЛИТЕРАТУРА 1. Туркин, А. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике / А. Туркин // Компоненты и технологии С Куэй, Р. Электроника на основе нитрида галлия: перевод с англ. / Р. Куэй // М. : Техносфера, с. 3. Акчурин, Р.Х. Нитрид галлия перспективный материал электронной техники. Ч. I. Фундаментальные свойства нитрида галлия / Р.Х. Акчурин, А.А. Мармалюк // Материаловедение С Гольцова, М. Мощные GaN-транзисторы истинно революционная технология / М. Гольцова // Электроника: наука, технология, бизнес (00118). - С Кищинский, А. Твердотельные СВЧ-усилители мощности на нитриде галлия состояние и перспективы развития / А. Кищинский // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: материалы 16-й Международной Крымской конференции. Севастополь : Вебер С Викулов, И. Технологическая база GaN СВЧ-микроэлектроники: компании, процессы, возможности / И. Викулов // Электроника: Наука, Технология, Бизнес С Никитин, Д. Обзор GaN-транзисторов компании United Monolithic Semiconductors / Д. Никитин // Компоненты и технологии С Верхулевский, К. Новые возможности с транзисторами на основе GaN компании Microsemi / К. Верхулевский // Компоненты и технологии С Нитрид галлия в производстве полупроводниковых изделий / А.И. Землянский, О.В. Марченко, А.Н. Цоцорин, В.В. Зенин // Современные тенденции развития науки и технологий : материалы междунар. науч.-практ. конф. Белгород : АПНИ С

108 Damian, С. A new generation of Gallium Nitride (GaN) based Solid State Power Amplifiers for Satellite Communication / C. Damian, D. Gelerman // Copyright Advantech Wireless Inc Колковский, Ю.В. Применение GaN устройств в условиях космического пространства / Ю.В. Колковский, В.М. Миннебаев // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы Вып. 2 (233). - С Груздов, В.В. СВЧ электроника на основе нитрида галлия основное направление создания радиоэлектронных систем / В.В. Груздов, Ю.В. Колковский, В.М. Миннебаев // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы Вып. 2 (231). - С Малахов, Р.Ю. Мощные транзисторы для передатчиков бортовых радиолокационных систем / Р.Ю. Малахов, Е.М. Добычина // Научный вестник МГТУ ГА С Стандартизованное производство гетероструктур III-N для твердотельной СВЧ-электроники / Д. Красовицкий, А. Алексеев, С. Петров, В. Чалый // Наноиндустрия (28). - С Многослойные гетероструктуры AlN/AlGaN/GaN/AlGaN основа новой компонентной базы твердотельной СВЧ электроники / А. Алексеев, В. Чалый, Д. Красовицкий, С. Петров // Компоненты и технологии С Балакирев, А. Перспективы нитрида галлия в СВЧ-электронике. Решения компании RFHIC / А. Балакирев, А. Туркин // Электроника: Наука, Технология, Бизнес С Транзистор на GaN пока самый «крепкий орешек» / В. Данилин, Т. Жукова, Ю. Кузнецов, С. Тараканов, Н. Уваров // Электроника: Наука, Технология, Бизнес С Федоров, Ю. Широкозонные гетероструктуры (Al, Ga, In) N и приборы на их основе для миллиметрового диапазона длин волн / Ю. Федоров // Электроника: Наука, Технология, Бизнес С

109 Лаврентьев, М. Новое поколение твердотельных усилителей мощности GaN HEMT в системах спутниковой связи и вещания / М. Лаврентьев, Д. Гелерман // Первая миля. М. : Техносфера (36). - С Characteristics of AlGaN/GaN/AlGaN double heterojunction HEMTs with an improved breakdown voltage / Ma Juncai, Zhang Jincheng, Xue Junshuai, Lin Zhiyu, Liu Ziuang, Xue Xiaoyong, Ma Xiaohua, Hao Yue // Journal of Semiconductors V. 33. Pp Красовицкий, Д. Стандартизованные процессы производства нитридной СВЧ ЭКБ. Состояние и ближайшие перспективы / Д. Красовицкий, А. Филаретов, В. Чалый // Электроника: Наука, Технология, Бизнес С Технология интегральной электроники : учеб. пособие / Л.П. Ануфриев, С.В. Бордусов, Л.И. Гурский и др.; под общ. ред. А.П. Достанко и Л.И. Гурского. Минск : «Интегралполиграф», с.: ил. 23. Исследование структуры и морфологии поверхности двухслойной контактной металлизации Ti/Al / К.Д. Ванюхин, Р.В. Захарченко, М.В. Пашков, Л.А. Сейдман // Известия вузов. Материалы электронной техники С Великовский, Л.Э. Оптимизация омических контактов к AlGaN/GaNтранзисторам с высокой подвижностью электронов / Л.Э. Великовский, П.Е. Сим // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (33). - С Исследование системы металлизации Mo/Al/Mo/Au в качестве омического контакта к гетероструктурам AlGaN/GaN / М.Н. Кондаков, С.В. Черных, Н.Б. Гладышева, А.В. Черных, А.А. Дорофеев, С.И. Диденко, К.Д. Щербачев, Н.Ю. Табачкова, Ф.М. Барышников // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы С Применение пленок тугоплавких металлов в омических контактах к AlGaN/GaN гетероструктурам / В.А. Буробин, В.В. Пищагин, А.М. Коновалов, М.В. Пашков, А.А. Макаров // Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы С

110 Пат США, МПК 7 H01L 21/44. Метод создания омического контакта к нитриду галлия (GaN) n-типа при комнатной температуре с использованием плазменной обработки поверхности. Method of fabricating ohmic contact on n-type gallium nitride (GaN) of room temperature by plasma surface treatment / Jong Lam Lee (KR), Ho Won Jang (KR) Jong Kuy Kim (KR), Changmin Jeon (KR); заявл ; опубл ; приор НКИ 438/ Петропавловский, Ю. Современные полупроводниковые приборы на основе карбида кремния фирмы ROHM Semiconductor / Ю. Петропавловский // Компоненты и технологии С Войтович, В. Si, GaAs, SiC, GaN, силовая электроника. Сравнение, новые возможности / В. Войтович, А. Гордеев, А. Думаневич // Силовая электроника С Курышева, Е. Силовые приборы компании Cree на основе карбида кремния / Е. Курышева // Компоненты и технологии С О Нейл, М. Карбид-кремниевый MOSFET бросает вызов IGBT / М. О Нейл // Электронные компоненты С Васильев, А.Г. СВЧ транзисторы на широкозонных полупроводниках : учеб. пособие / А.Г. Васильев, Ю.В. Колковский, Ю.А. Концевой. М. : Техносфера, с. 33. Полищук, А. Схемотехника современных мощных источников электропитания для телекоммуникационного оборудования и систем промышленной автоматики / А. Полищук // Силовая электроника С О Нейл, М. Устройства на основе карбида кремния повышают КПД систем преобразования солнечной энергии / М. О Нейл // Силовая электроника С Полищук, А. Высокоэффективные источники электропитания высокого напряжения для радиопередающих устройств СВЧ / А. Полищук // Силовая электроника С

111 Слабухин, А. Диоды с барьером Шоттки на основе карбида кремния в корректорах коэффициента мощности / А. Слабухин // Компоненты и технологии С Васильев, А. Анализ современных методов и технических средств коррекции коэффициента мощности у импульсных устройств / А. Васильев, В. Худяков, В. Хабузов // Силовая электроника С Полищук, А. Методы измерения тока в активных корректорах коэффициента мощности / А. Полищук // Силовая электроника С Полищук, А. Высоковольтные диоды Шоттки из карбида кремния в источниках питания с преобразованием частоты / А. Полищук // Компоненты и технологии С Полищук, А. Полупроводниковые приборы на основе карбида кремния настоящее и будущее силовой электроники / А. Полищук // Компоненты и технологии С Высоковольтные (900 В) 4H-SiC диоды Шоттки с охранным p-nпереходом, изготовленным имплантацией бора / И.В. Грехов, П.Л. Иванов, Н.Д. Ильинская, О.И. Коньков, А.С. Потапов, Т.П. Самсонова // Физика и техника полупроводников Т С Ravi Chilukuri, K. High Voltage Ni/4H-SiC Schottky Rectifiers / K. Ravi Chilukuri, B. Jayant Baliga // Power Semiconductor Research Center North Carolina State University Pp Зенин, В.В. Покрытия кристаллов SiC и корпусов для сборки силовых полупроводниковых приборов / В.В. Зенин, А.И. Землянский, О.В. Марченко // Твердотельная электроника и микроэлектроника: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж : ВГТУ, С Эффективный способ создания алюминиевой металлизации ИС / Б.А. Егоров, Б.Г. Лысовол, И.Н. Пекишев и др. // Электронная промышленность Вып С

112 Особенности сборки силовых полупроводниковых приборов на основе карбида кремния / В.В. Зенин, А.А. Винокуров, А.И. Землянский, О.В. Марченко // Вестник развития науки и образования. М. : Издательский дом «Наука образования» С Зенин, В.В. Монтаж кристаллов SiC к основаниям корпусов / В.В. Зенин, А.И. Землянский, О.В. Марченко // Комплексные проблемы техносферной безопасности : материалы междунар. науч.-практ. конф. Воронеж : ВГТУ, Ч. I. - С Землянский, А.И. Новые технологии монтажа кристаллов и внутренних выводов в силовых полупроводниковых приборах на основе карбида кремния / А.И. Землянский, В.В. Зенин, А.В. Кочергин // Высокие технологии и инновации в науке : материалы конференций ГНИИ «НАЦРАЗВИТИЕ» С Зенин, В.В. Монтаж кристаллов и внутренних выводов в производстве полупроводниковых изделий / В.В. Зенин, В.А. Емельянов, В.Л. Ланин. Минск : Интегралполиграф, с. 49. Контактно-реактивая пайка полупроводниковых кристаллов к корпусам с образованием эвтектики Si-Au / В.В. Зенин, А.В. Рягузов, Б.А. Спиридонов, О.В. Хишко // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах : материалы докл. Междунар. науч.-техн. семинара. М., С Конструктивно-технологические особенности контактно-реактивной пайки кристаллов к основаниям корпусов / В.В. Зенин, О.В. Хишко, Д.И. Бокарев, А.В. Рягузов // Сварка и родственные технологии в машиностроении и электронике : межвуз. сб. науч. тр. Воронеж : ВГТУ, С Лашко, С.В. Пайка металлов / С.В. Лашко, Н.Ф. Лашко. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, с. 52. Диаграммы состояния двойных металлических систем : справочник. В 3 т. Т. 1 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М. : Машиностроение, с. : ил. 53. Пат США, МКИ 5 Н01L 21/52. Способ присоединения полупроводникового кристалла к корпусу / Huang Chin-Ching. Опубликован

113 Пат США, Н01L 23/6. Монтаж кремниевых кристаллов с большими размерами на покрытую золотом поверхность. Опубл Пат США, МКИ 5 Н01L 21/603. Монтаж кристалла с использованием Au-прокладки, плакированной эвтектическим сплавом Au-Si / Stark James, Whitcomb Michael J. Опубл Использование псевдосплава золото-кремний при монтаже кристаллов мощных СВЧ транзисторов / Т.И. Бражникова, О.В. Марченко, В.А. Кожевников, А.Е. Бормонтов // Вестник Воронежского государственного технического университета Т С Кожевников, В.А. Использование многослойных фланцев при сборке мощных СВЧ транзисторов / В.А. Кожевников, О.В. Марченко, А.И. Землянский // Твердотельная электроника и микроэлектроника : межвуз. сб. науч. тр. Воронеж : ВГТУ С Кондратюк, Р. Припой 80Au20Sn свойства и особенности применения / Р. Кондратюк // Электроника : Наука, Технология, Бизнес С Припои в виде преформ/фольги/ленты [Электронный ресурс]. URL: (дата обращения: ). 60. Петрунин, И.Е. Пайка металлов / И.Е. Петрунин, С.Н. Лоцманов, Г.А. Николаев. - М. : Металлургия, с. 61. А.с. СССР , М.Кл. G 01 N 13/00. Устройство для исследования смачивающей способности расплавов / В.В. Онищенко (СССР). - Опубл. 1975, Бюл А.с. СССР , М.Кл. 3 В 23 К 1/00. Способ управления площадью растекания припоя по поверхности твердого тела / А.С. Хатажуков, Х.Б. Хоконов (СССР). - Опубл. 1982, Бюл А.с. СССР , М.Кл. 2 G 01 N 13/00. Способ определения физикохимических характеристик растекания веществ / В.Г. Гуля, В.М. Бельков (СССР). - Опубл. 1980, Бюл. 14.

114 А.с. СССР , М.Кл. 2 G 01 N 13/00. Способ определения физикохимических характеристик растекания и поверхностной диффузии / В.Г. Гуля, В.М. Бельков (СССР). - Опубл А.с. СССР , М.Кл. 2 G 01 N 13/00. Составной образец для исследования затекания припоя в переменный капиллярный зазор и качества паяных швов / Н.В. Шаганов, Р.Е. Ковалевский, Н.А. Баресков (СССР). - Опубл. 1978, Бюл А.с. СССР , М.Кл. 2 G 01 N 1/00. Составной образец для исследования процесса заполнения капиллярных зазоров припоем / Р.Е. Ковалевский, С.С. Чивинский (СССР). - Опубл. 1976, Бюл А.с. СССР , МКИ 4 G 01 N 13/00. Устройство для исследования смачивания поверхности припоем / В.В. Зенин, Ф.Н. Рыжков, А.В. Чернышов, А.И. Колычев (СССР). - Опубл. 1986, Бюл Пайка полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов / В.В. Зенин, В.Н. Беляев, Ю.Е. Сегал, Ю.Л. Фоменко // Петербургский журнал электроники С Ануфриев, Л.П. Автоматизированный монтаж кристаллов транзисторов вибрационной пайкой / Л.П. Ануфриев, А.Ф. Керенцев, В.Л. Ланин // Технология электронной промышленности С Технология СБИС / Под ред. С. Зи. - М., Кн с.; Кн с. 71. Зенин, В.В. Оценка смачиваемости и растекания припоя по паяемой поверхности / В.В. Зенин, Ю.Е. Сегал, А.А. Колбенков // Петербургский журнал электроники С Сегал, Ю.Е. Обеспечение качества паяных соединений кристаллов в полупроводниковых приборах для силовой электроники в процессе их разработки и серийного производства: дис. канд. техн. наук : / Сегал Юрий Ефимович. - Воронеж, ВГТУ, с.

115 Liu, Yi. Packaging of silicon carbide high temperature, high power devices processes and materials: Dissertation, Doctor of Philosophy / Yi Liu. Auburn, Alabama p. 74. Васильев А. Kulicke & Soffa Industries ведущий поставщик оборудования, технологий и материалов в области микросварки проволочных выводов / А. Васильев // Технологии в электронной промышленности С Микроинструменты для сварки золота и алюминия фирмы SPT [Электронный ресурс]. URL: products/bonding/wedges/wedges%20for%20gold%20and%20aluminum%20bonding %20-%20Catalogue% 20-%20English.pdf (дата обращения: ). 76. Хохлун, А. Некоторые особенности технологии производства современных многокристальных микросборок и «систем в корпусе» типа МКМ- К / А. Хохлун, В. Бейль // Технологии в электронной промышленности С Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов / В.Г. Блохин, О.П. Глудкин, А.И. Гуров, М.А. Ханин. - М. : Радио и связь, с. 78. Скопенко, А.И. Упругопластические деформации в многослойных паяных соединениях полупроводниковых приборов при циклических теплосменах / А.И. Скопенко // Автоматическая сварка С Ловцов, Д.П. Влияние качества контактов на циклостойкость и тепловое сопротивление силовых полупроводниковых приборов / Д.П. Ловцов // Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника С Дульнев, Г.Н. Методы расчета теплового режима приборов / Г.Н. Дульнев, В.Г. Парфенов, А.В. Сигалов. - М. : Радио и связь, с. 81. Дульнев, Г.Н. Тепло- и массообмен в РЭА / Г.Н. Дульнев. - М. : Высш. шк., с.

116 Ланин, В. Монтаж кристаллов IGBT силовых транзисторов / В. Ланин, Л. Ануфриев // Силовая электроника С Пат США, Н01L 21/58. Монтаж кристаллов SiC. Die attach process for SiC: / John A. Ostop, Li-Shu Chen; заявл опубл Пат Российская Федерация, МПК 7 В23К 210/10. Инструмент для микросварки / В.В. Зенин (RU), Ю.Е. Сегал (RU), В.Н. Беляев (RU); заявл ; опубл Бюл Валев, С. Ультразвуковая сварка силовых приборов плоской алюминиевой лентой (HARB): эффективность, производительность и некоторые проблемы / С. Валев // Силовая электроника C Монтаж ленточными перемычками мощных полупроводниковых приборов / В. Ланин, С. Волкенштейн, И. Петухов, А. Хмыль // Компоненты и технологии С Савинцев, П.А. Контактно-реактивная пайка систем алюминий-цинк и висмут-олово / П.А. Савинцев, И.К. Малкандуев, Н.И. Гаврилов // Адгезия расплавов и пайка материалов С Нагрев мощного полупроводникового прибора в зависимости от качества пайки кристалла с основанием корпуса / В.В. Зенин, Ю.Е. Сегал, В.П. Набока, А.А. Колбенков // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах : материалы докл. междунар. науч.-техн. семинара. - М., С Горлов, М.И. Оценка температуры нагрева полупроводникового изделия / М.И. Горлов, В.В. Зенин, О.В. Хишко // Вестник Воронежского государственного технического университета Т С Пат Российская Федерация, H01L 21/52. Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики Al-Zn / В.В. Зенин (RU), А.В. Кочергин (RU), Ю.Л. Фоменко (RU), О.В. Хишко (RU); заявл ; опубл Бюл. 34.

117 Пат Российская Федерация, МПК H01L 21/52. Способ пайки кристаллов на основе карбида кремния / В.В. Зенин (RU), В.И. Бойко (RU), А.В. Кочергин (RU), Б.А. Спиридонов (RU), А.В. Строгонов (RU); заявл ; опубл Бюл Ультразвуковая микросварка ленточных выводов при монтаже мощных полупроводниковых приборов / В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, С.С. Волкенштейн, И.Б. Петухов // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В: Промышленность. Прикладные науки С Пат Российская Федерация, H01L 23/18. Металлическая лента для внутреннего монтажа силовых полупроводниковых приборов / В.В. Зенин (RU), А.В. Ачкасов (RU), А.И. Землянский (RU), А.А. Колбенков (RU); заявл ; опубл Бюл Радиационная стойкость кремниевых интегральных схем / М.И. Горлов, Е.А. Ладыгин, И.Е. Лобов и др. // Обзоры по электронной технике. - М. : ЦНИИ «Электроника», Сер. 3. Микроэлектроника Вып с. 95. Болгов, И.С. Металлические материалы для электроники / И.С. Болгов // Электронная промышленность, С Василенков, Н. Специализированные радиационно-защитные корпуса для изделий микроэлектронной техники / Н. Василенков, А. Максимов, С. Ластовский // Компоненты и технологии, С Зенин, В.В. Физико-химические процессы в микросоединениях полупроводниковых изделий : монография / В.В. Зенин, Ю.Е. Сегал, Б.А. Спиридонов. Воронеж : ВГТУ, с. 98. Добролеж, С.А. Коррозионная стойкость алюминиевой металлизации интегральных схем, полученной различными методами / С.А. Добролеж, Г.П. Шеремет // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы Вып С Реми, Г. Курс неорганической химии / Г. Реми. - М. : Мир, Т с.

118 Розенфельд, И.Л. Исследование анодного растворения алюминия в нейтральных средах / И.Л. Розенфельд, В.П. Персианцева, В.Е. Зорина // Защита металлов Т С Валентинова, М. Воспоминание о будущем. Возврат к меди / М. Валентинова // Электроника: Наука, Технология, Бизнес С Исследования медной металлизации контактных площадок кремниевых кристаллов / А.А. Стоянов, А.Е. Бормонтов, С.И. Рембеза, В.В. Зенин // Вестник ВГУ. Сер. Физика. Математика С Cheng-li, Chuang. Thermosonic bonding of gold wire onto silver bonding layer on the bond pads of chips with copper interconnections / Chuang Cheng-li, Aoh Jong-Ning // Journal of Electronic Materials Vol No. 9 Pp ГОСТ Р ИСО Материалы металлические. Определение твердости по Кнупу. Часть 1. Метод испытания. М. : Стандартинформ, с ГОСТ Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. - М. : Издательство стандартов, с Юнович, А.Э. Светодиоды на основе гетероструктур из нитрида галлия и его твердых растворов / А.Э. Юнович // Светотехника /6. - С Спектры люминесценции голубых и зеленых светодиодов на основе многослойных гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами / К.Г. Золина, В.Е. Кудряшов, А.Н. Туркин, А.Э. Юнович // ФТП Т С Светцов, В.И. Оптическая и квантовая электроника : учеб. пособие / В.И. Светцов. - 2-е изд., исправл. и доп. - Иваново : Иван. гос. хим.-техн. ун-т; с Полищук, А.Г. Новое поколение светодиодов компании Cree для освещения / А.Г. Полищук, А.Н. Туркин // Автоматизация в промышленности С Гуртов, В. А. Оптоэлектроника и волоконная оптика / В. А. Гуртов // Петрозаводск : Изд-во ПетрГУ, с.

119 Шубин, В.В. Волоконно-оптические системы и информационная безопасность : учебно-методическое пособие / В.В. Шубин. - СПб. : Ива, с Убайдуллаев, Р.Р. Волоконно-оптические сети / P.P. Убайдуллаев. - М. : ЭКО-ТРЕНДЗ, с.

120 120 ПРИЛОЖЕНИЕ Акт об использовании результатов диссертации на предприятии микроэлектроники

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎