Стрімкий розвиток і розширення областей застосування електронних пристроїв обумовлено вдосконаленням елементної бази, основу якої складають напівпровідникові прилади. Тому, для розуміння процесів функціонування електронних пристроїв необхідне знання пристрою і принципу дії основних типів напівпровідникових приладів.

транзистори

Транзистор - це напівпровідниковий прилад, призначений для посилення, генерування і перетворення електричних сигналів, а також комутації електричних ланцюгів.

Відмінною особливістю транзистора є здатність підсилювати напругу і струм - діючі на вході транзистора напруги і струми приводять до появи на його виході напружень і струмів значно більшої величини.

З поширенням цифрової електроніки і імпульсних схем основною властивістю транзистора є його здатність перебувати у відкритому і закритому станах під дією керуючого сигналу.

Свою назву транзистор отримав від скорочення двох англійських слів tran (sfer) (re) sistor - керований резистор. Ця назва не випадково, так як під дією прикладеного до транзистора вхідного напруги опір між його вихідними затискачами може регулюватися в дуже широких межах.

Транзистор дозволяє регулювати струм в ланцюзі від нуля до максимального значення.

Класифікація транзисторів:

За принципом дії: польові (уніполярні), біполярні, комбіновані.

За значенням потужності, що розсіюється: малої, середньої та великої.

За значенням граничної частоти: низько-, середньо-, високо- і надвисокочастотні.

За значенням робочої напруги: низько- та високовольтні.

За функціональним призначенням: універсальні, підсилювальні, ключові і ін.

За конструктивним виконанням: безкорпусні і в корпусному виконанні, з жорсткими і гнучкими висновками.

Залежно від виконуваних функцій транзистори можуть працювати в трьох режимах:

1) Активний режим - використовується для посилення електричних сигналів в аналогових пристроях. Опір транзистора змінюється від нуля до максимального значення - кажуть транзистор «відкривається» або «подзакривается».

2) Режим насичення - опір транзистора прагне до нуля. При цьому транзистор еквівалентний замкнутому контакту реле.

3) Режим відсічення - транзистор закритий і володіє високим опором, тобто він еквівалентний розімкненим контакту реле.

Режими насичення і відсічення використовуються в цифрових, імпульсних і комутаційних схемах.

біполярний транзистор - це напівпровідниковий прилад з двома p-n-переходами і трьома висновками, що забезпечує посилення потужності електричних сигналів.

У біполярних транзисторах струм обумовлений рухом носіїв заряду двох типів: електронів і дірок, що і визначає їх назву.

На схемах транзистори допускається зображати, як в окружності, так і без неї (рис. 3). Стрілка вказує напрямок протікання струму в транзисторі.

Малюнок 3 - Умовно - графічне позначення транзисторів n-p-n (а) і p-n-p (б)

Основою транзистора є пластина напівпровідника, в якій сформовані три ділянки з чергується типом провідності - електронним і дірковим. Залежно від чергування шарів розрізняють два види структури транзисторів: n-p-n (рис. 3, а) і p-n-p (рис. 3, б).

Емітер (Е) - шар, який є джерелом носіїв заряду (електронів або дірок) і створює струм приладу;

Колектор (К) - шар, який бере носії заряду, що надходять від емітера;

База (Б) - середній шар, керуючий струмом транзистора.

При включенні транзистора в електричний ланцюг один з його електродів є вхідним (включається джерело вхідного змінного сигналу), інший - вихідним (включається навантаження), третій електрод - загальний щодо входу і виходу. У більшості випадків використовується схема з загальним емітером (рис 4). На базу подається напруга не більше 1 В, на колектор більше 1 В, наприклад +5 В, +12 В, +24 В і т.п.

Малюнок 4 - Схеми включення біполярного транзистора із загальним емітером

Струм колектора виникає тільки при протіканні струму бази Іб (визначається Uбе). Чим більше Іб, тим більше Ік. Іб вимірюється в одиницях мА, а струм колектора - в десятках і сотнях мА, тобто IбIк. Тому при подачі на базу змінного сигналу малої амплітуди, малий Іб буде змінюватися, і пропорційно йому буде змінюватися великий Ік. При включенні в ланцюг колектора опору навантаження, на ньому буде виділятися сигнал, що повторює за формою вхідний, але більшої амплітуди, тобто посилений сигнал.

До числа гранично допустимих параметрів транзисторів в першу чергу відносяться: максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі Рк.mах, напруга між колектором і емітером Uке.mах, струм колектора Iк.mах.

Для підвищення граничних параметрів випускаються транзисторні збірки, які можуть налічувати до декількох сотень паралельно з'єднаних транзисторів, укладених в один корпус.

Біполярні транзистори нині використовуються все рідше і рідше, особливо в імпульсної силовий техніці. Їх місце займають польові транзистори MOSFET і комбіновані транзистори IGBT, Що мають в цій галузі електроніки безсумнівні переваги.

У польових транзисторах струм визначається рухом носіїв тільки одного знака (електронами або дірками). На відміну від біполярних, ток транзистора управляється електричним полем, яке змінює перетин провідного каналу.

Так як немає протікання струму у вхідному ланцюзі, то і споживана потужність з цього ланцюга практично дорівнює нулю, що безсумнівно є перевагою польового транзистора.

Конструктивно транзистор складається з провідного каналу n- або p-типу, на кінцях якого знаходяться області: витік, що випускає носії заряду і стік, який бере носії. Електрод, службовець для регулювання поперечного перерізу каналу, називають затвором.

Польовий транзистор - це напівпровідниковий прилад, який регулює струм в ланцюзі за рахунок зміни перерізу провідного каналу.

Розрізняють польові транзистори з затвором в вигляді p-n переходу і з ізольованим затвором.

У польових транзисторів з ізольованим затвором між напівпровідниковим каналом і металевим затвором розташований ізолюючий шар з діелектрика - МДП-транзистори (метал - діелектрик - напівпровідник), окремий випадок - оксид кремнію - МОП-транзистори.

МДП-транзистор з вбудованим каналом має початкову провідність, яка при відсутності вхідного сигналу (Uзи \u003d 0) становить приблизно половині від максимальної. У МДП-транзистори з індукованим каналом при напрузі Uзи \u003d 0 вихідний струм відсутній, Іс \u003d 0, так як провідного каналу спочатку немає.

МДП-транзистори з індукованим каналом називають також MOSFET транзистори. Використовуються в основному в якості ключових елементів, наприклад в імпульсних джерелах живлення.

Ключові елементи на МДП-транзисторах мають ряд переваг: ланцюг сигналу гальванически не пов'язана з джерелом керуючого впливу, ланцюг управління не споживає струму, володіють двосторонньою провідністю. Польові транзистори, на відміну від біполярних, не бояться перегріву.

Детальніше про транзисторах дивіться тут:

тиристори

Тиристор - це напівпровідниковий прилад, що працюють в двох стійких станах - низькою провідності (тиристор закритий) і високої провідності (тиристор відкритий). Конструктивно тиристор має три або більше p-n - переходів і три висновки.

Крім анода і катода, в конструкції тиристора передбачений третій висновок (електрод), який називається керуючим.

Тиристор призначений для безконтактної комутації (вмикання і вимикання) електричних ланцюгів. Характеризуються високою швидкодією і здатністю комутувати струми дуже значної величини (до 1000 А). Поступово витісняються комутаційними транзисторами.

Малюнок 5 - Умовно - графічне позначення тиристорів

Діністори (двохелектродні) - як і звичайні випрямні діоди мають анод і катод. Зі збільшенням прямого напруги при певному значенні Ua \u003d Uвкл динистор відкривається.

Тиристори (тріністори - трьохелектродні) - мають додатковий керуючий електрод; Uвкл змінюється струмом управління, що протікає через керуючий електрод.

Для перекладу тиристора в закритий стан необхідно подати напругу зворотне (- на анод, + на катод) або зменшити прямий струм нижче значення, званого струмом утримання Iудер.

тиристор, що замикається - може бути переведений в закритий стан подачею імпульсу зворотної полярності.

Тиристори: принцип дії, конструкції, типи і способи включення

Сімістори (симетричні тиристори)- проводять струм в обох напрямках.

Тиристори застосовуються в якості безконтактних перемикачів і керованих випрямлячів в пристроях автоматики і перетворювачах електричного струму. У ланцюгах змінного і імпульсних струмів можна змінювати час відкритого стану тиристора, а значить і час протікання струму через навантаження. Це дозволяє регулювати потужність, що виділяється в навантаженні.

Використання: в області виготовлення напівпровідникових приладів шляхом бесфлюсовой пайки на повітрі без застосування захисних середовищ, може бути використано при складанні діодів Шотткі і біполярних транзисторів шляхом пайки напівпровідникових кристалів до корпусів припоями на основі свинцю. Суть винаходу: спосіб збирання напівпровідникових приладів полягає в тому, що на підставі корпусу розміщують фільтруючий і легуючий елемент, на який поміщають навішення припою і кристал, а касету із зібраними приладами завантажують в конвеєрну водневу піч при температурі пайки 370 ° С. Новим у способі є те, що напівпровідникові кристали з припоєм на колекторної стороні фіксують в перевернутому положенні в осередках вакуумної присоски і поєднують з контактними майданчиками корпусів приладів, а нагрів до температури пайки здійснюють на повітрі імпульсом струму через V-подібні електроди, які жорстко закріплені в кронштейні, електрично послідовно з'єднані один з одним і розташовані диференційовано над кожним кристалом, а в момент розплавлення припою вакуумну присоску з кристалами піддають дії ультразвукових коливань в напрямку, паралельному паяні шву, при цьому тиск на кожен кристал здійснюють масою корпусу приладу і кронштейна з електродами. Технічним результатом винаходу є підвищення надійності напівпровідникових приладів за рахунок зниження температури нагріву при пайці поверхні кристала зі структурами, поліпшення змочування припоєм поверхонь, що з'єднуються, підвищення продуктивності складальних операцій за рахунок групової пайки кристалів до корпусів. 2 мул.

Винахід відноситься до виготовлення напівпровідникових приладів шляхом бесфлюсовой пайки на повітрі без застосування захисних середовищ. Воно може бути використано при складанні діодів Шотткі і біполярних транзисторів шляхом пайки напівпровідникових кристалів до корпусів припоями на основі свинцю. Існують різні способи пайки напівпровідникових кристалів до корпусу. Відомий спосіб збирання потужних транзисторів касетним методом, за яким ніжка транзистора розміщується на напрямних в касеті, а між кристалом і корпусом розміщується навішування припою, при цьому пайка здійснюється в конвеєрної печі з відновлювальної середовищем без використання флюсів. Касета забезпечує точну орієнтацію кристала щодо ніжки приладу і виключає його зміщення в процесі пайки. Недоліком відомого способу є досить висока трудомісткість виготовлення напівпровідникових приладів. Крім того, наявність оксидних плівок на з'єднуються поверхнях погіршує змочування і капілярний протягом припою в сполучному зазорі. Відомий спосіб пайки мікросмужкових пристроїв низькотемпературними припоями без застосування флюсів, при якому паяемие поверхні попередньо покривають металами або сплавами з температурою плавлення, близької до температури плавлення припою, але вище її, а в момент розплавлення припою однією з паяються деталей повідомляють низькочастотні коливання. Основним недоліком зазначеного способу є низька продуктивність даної складальної операції, тому що пайка здійснюється дискретно. Найбільш близьким до заявляється способу за технічною суттю є спосіб складання напівпровідникових приладів, що полягає в тому, що на підставі корпусу розміщують фільтруючий і легуючий елемент, на який потім поміщають навішення припою і кристал. Недоліком даного способу є висока трудомісткість складальних операцій і низький відсоток виходу придатних приладів. Крім того, даний спосіб не забезпечує попередньої орієнтації і фіксації кристала щодо корпусу, в результаті чого можливі розворот і зміщення кристала ще до початку процесу пайки. Більш того, при пайку необхідна висока температура нагріву, що висуває певні вимоги до кристалу. Особливо слід відзначити наявність непропаев в паяних шві, що сприяє збільшенню теплового і електричного опору контакту напівпровідникового кристала з корпусом. Тому цей спосіб збирання напівпровідникових приладів є низькоефективних (або неефективним), особливо при пайку напівпровідникових кристалів до корпусів виробів силової електроніки. Завдання, на вирішення якої спрямовано заявляється рішення, - це підвищення надійності напівпровідникових приладів за рахунок зниження температури нагріву при пайці поверхні кристала зі структурами, поліпшення змочування припоєм поверхонь, що з'єднуються, підвищення продуктивності складальних операцій за рахунок групової пайки кристалів до корпусів. Це завдання досягається тим, що в способі збирання напівпровідникових приладів, що полягає в тому, що на підставі корпусу розміщують фільтруючий і легуючий елемент, на який поміщають навішення припою і кристал, а касету із зібраними приладами завантажують в конвеєрну водневу піч при температурі пайки 370 o C , з метою підвищення надійності напівпровідникових приладів за рахунок зниження температури нагріву при пайці поверхні кристалів зі структурами, поліпшення змочування припоєм поверхонь, що з'єднуються і підвищення продуктивності складальних операцій за рахунок групової пайки кристалів до корпусів, напівпровідникові кристали з припоєм на колекторної стороні фіксують в перевернутому положенні в осередках вакуумної присоски і поєднують з контактними майданчиками корпусів, а нагрів до температури пайки здійснюють на повітрі імпульсом струму через V-подібні електроди, які жорстко закріплені в кронштейні, електрично послідовно з'єднані один з одним і розташовані дифференциро ванно над кожним кристалом, а в момент розплавлення припою вакуумну присоску з кристалами піддають дії ультразвукових коливань в напрямку, паралельному Паяні шву, при цьому тиск на кожен кристал здійснюють масою корпусу приладу і кронштейна з електродами. Зіставний аналіз з прототипом показує, що заявляється спосіб відрізняється від відомого тим, що з метою підвищення надійності напівпровідникових приладів за рахунок зниження температури нагріву при пайці поверхні кристала зі структурами, поліпшення змочування припоєм поверхонь, що з'єднуються і підвищення продуктивності складальних операцій за рахунок групової пайки кристалів до корпусів напівпровідникові кристали з припоєм на колекторної стороні фіксують в перевернутому положенні в осередках вакуумної присоски і поєднують з контактними майданчиками корпусів, а нагрів до температури пайки здійснюють на повітрі імпульсом струму через V-подібні електроди, які жорстко закріплені в кронштейні, електрично послідовно з'єднані один з одним і розташовані диференційовано над кожним кристалом, а в момент розплавлення припою вакуумну присоску з кристалами піддають дії ультразвукових коливань в напрямку, паралельному паяні шву, при цьому тиск на кожен кристал здійснюють масою корпусу приладу і кронштейна з електродами. Таким чином, заявляється спосіб збирання напівпровідникових приладів відповідає критерію "новизна". Порівняння заявляється способу з іншими відомими способами з відомого рівня техніки, також не дозволило виявити в них ознаки, що заявляються в відмітної частини формули. Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких схематично зображено: на фіг. 1 - схема зборки і пайки напівпровідникових кристалів до корпусів, вид збоку; на фіг. 2 - фрагмент збірки і пайки одного кристала до корпусу, вид збоку. Спосіб збірки напівпровідникових приладів (фіг. 1 і 2) реалізується за схемою, що містить підставу 1, поєднане з вакуумним насосом. На підставі закріплена вакуумна присоска 2, в осередках якої фіксуються колекторної поверхнею вгору напівпровідникові кристали 3 з припоєм 4 на паяемой поверхні. На кристалах розміщують корпусу приладів 5. V-подібні електроди 6 жорстко закріплені в кронштейні 7, електрично послідовно з'єднані один з одним і розташовані диференційовано над кожним кристалом. Для рівномірного нагрівання всієї площі кристала при пайку розміри робочої площі електрода повинні бути на 0,6-1,0 мм більше кожної зі сторін кристала. Нагрівання корпусу, кристала і припою до температури пайки здійснюється за рахунок тепла, що виділяється робочою площадкою V-образного електрода при проходженні через нього імпульсу струму. Для руйнування оксидних плівок і активації поверхонь, що з'єднуються кристала і корпуса в момент розплавлення припою кристали 3 через вакуумну присоску 2 і підстава 1 піддаються впливу ультразвукових коливань в напрямку, паралельному Паяні шву від ультразвукового концентратора 8. Тиск на кожен кристал здійснюється масою корпусу і кронштейна з електродами . Прикладом збірки напівпровідникових приладів може служити складання діодів Шотткі. На колекторну поверхню напівпровідникового кристала в складі пластини за відомою технологією послідовно наносять наступні плівки: алюмінію - 0,2 мкм, титану - 0,2-0,4 мкм, нікелю - 0,4 мкм, а для пайки - припій, наприклад ПСр2, 5 товщиною 40-60 мкм. Потім напівпровідникову пластину поділяють на кристали. Металеву пластину, що складається з 10 корпусів 5 типу ТО-220, покривають за відомою технологією гальванічним нікелем товщиною 6 мкм. Процес складання діодів Шотткі полягає в наступному: кристали 3 колекторної поверхнею вгору фіксуються в осередках вакуумної присоски 2, включається вакуумний насос, і за рахунок різниці тисків кристали притискаються до стінок вакуумної присоски; пластина з корпусами приладів 5 розміщується на кристалах; кронштейн 7 з електродами 6 поєднують з контактними майданчиками корпусів в місцях їх пайки з кристалами 3. При пайку кронштейн 7 з електродами 6 притискає пластину з корпусу 5 до кристалів 3. Через електроди, з'єднані електрично послідовно один з одним, пропускається імпульс струму. Тепло від робочого майданчика електрода передається корпусам і далі кристалів, розігріваючи припій до температури пайки. В цей час кристали піддаються впливу ультразвукових коливань в напрямку, паралельному Паяні шву від ультразвукового концентратора 8. Це сприяє руйнуванню оксидних плівок і поліпшенню змочування припоєм поверхонь, що з'єднуються кристала і корпуса. Через заданий час відключається струм, і після кристалізації припою утворюється якісне паяні з'єднання. Стискуюче зусилля кристала до корпусу при пайку задається масою корпусу і кронштейна з електродами. Так як при імпульсної пайку відбувається нагрів кристала через корпус, то колекторна поверхня нагрівається до температури пайки, а протилежна поверхню кристала зі структурами має температуру нагрівання значно нижче, ніж колекторна. Цей фактор сприяє підвищенню надійності напівпровідникових приладів. Таким чином, використання запропонованого способу збирання напівпровідникових приладів забезпечує в порівнянні з існуючими способами наступні переваги. 1. Підвищується надійність напівпровідникових приладів за рахунок зниження температури нагріву при пайці поверхні кристала зі структурами. 2. Поліпшується змочування припоєм поверхонь, що з'єднуються. 3. Підвищується продуктивність складальних операцій за рахунок групової пайки кристалів до корпусів. Джерела інформації 1. Збірка потужних транзисторів касетним методом /П.К. Воробьевский, В.В. Зенін, А. І. Шевцов, М.М. Іпатова // Електронна техніка. Сер. 7. Технологія, організація виробництва і обладнання. - 1979.- Вип. 4.- С. 29-32. 2. Пайка мікросмужкових пристроїв низькотемпературними припоями без застосування флюсів / В.І. Бейль, Ф.Н. Крохмальнік, Е.М. Любимов, Н.Г. Отмахова // Електронна техніка. Сер.7. Електроніка СВЧ.- 1982.- Вип. 5 (341) .- С. 40. 3. Яковлєв Г.А. Пайка матеріалів припоями на основі свинцю: Обзор.- М .: ЦНДІ "Електроніка". Сер. 7. Технологія, організація виробництва і обладнання. Вип. 9 (556), 1978, с. 58 (прототип).

формула винаходу

Спосіб збірки напівпровідникових приладів, що полягає в тому, що на підставі корпусу розміщують фільтруючий і легуючий елемент, на який поміщають навішення припою і кристал, а касету із зібраними приладами завантажують в конвеєрну водневу піч при температурі пайки 370 ° С, що відрізняється тим, що напівпровідникові кристали з припоєм на колекторної стороні фіксують в перевернутому положенні в осередках вакуумної присоски і поєднують з контактними майданчиками корпусів приладів, а нагрів до температури пайки здійснюють на повітрі імпульсом струму через V-подібні електроди, які жорстко закріплені в кронштейні, електрично послідовно з'єднані один з одним і розташовані диференційовано над кожним кристалом, а в момент розплавлення припою вакуумну присоску з кристалами піддають дії ультразвукових коливань в напрямку, паралельному паяні шву, при цьому тиск на кожен кристал здійснюють масою корпусу приладу і кронштейна з електродами.

Міністерство Науки і Освіти

Реферат на тему:

Застосування напівпровідникових приладів

виконав:

учень 10-В класу

середній Загальноосвітньої

школи №94

Гладков Євген

перевірила:

Ольга Петрівна

м Харків, 2004.

Напівпровідникові прилади - різні за конструкцією, технологією виготовлення і функціональному призначенню електронні прилади, засновані на використанні властивостей напівпровідників. До напівпровідникових приладів відносять також напівпровідникові мікросхеми, які представляють собою монолітні закінчені функціональні вузли (підсилювач, тригер, набір елементів), всі компоненти яких виготовляються в єдиному технологічному процесі.

Напівпровідники - речовини, електронна провідність яких має проміжне значення між провідністю провідників і діелектриків. До напівпровідників відноситься велика група природних і синтетичних речовин різної хімічної природи, твердих і рідких, з різними механізмами провідності. Найбільш перспективними напівпровідниками в сучасній техніці є так звані електронні напівпровідники, провідність яких обумовлена \u200b\u200bрухом електронів. Однак на відміну від металевих провідників концентрація вільних електронів в напівпровідниках дуже мала і зростає з підвищенням температури, чим пояснюється їх знижена провідність і специфічна залежність від питомої опору і температури: якщо у металевих провідників при нагріванні електричний опір підвищується, то у напівпровідникових технологій це знижується. Збільшення концентрації вільних електронів з підвищенням температури пояснюється тим, що зі збільшенням інтенсивності теплових коливань атомів напівпровідників все більшу кількість електронів зривається з зовнішніх оболонок цих атомів і отримує можливість переміщатися за обсягом напівпровідника. У перенесенні електрики через напівпровідники, крім вільних електронів можуть брати участь місця, що звільнилися від перейшли у вільний стан електронів - так звані дірки.

Тому і вільні електрони і дірки називають носіями електричного заряду, причому дірці приписують позитивний заряд, рівний заряду електрона. В ідеальному напівпровіднику утворення вільних електронів і дірок відбувається одночасно, парами, а тому концентрації електронів і дірок однакові. Введення ж в напівпровідник певних домішок здатне привести до збільшення концентрації носіїв одного знака і сильно підвищити провідність. Це відбувається за умови, що на зовнішній оболонці атомів домішки знаходиться на один електрон більше (донорні домішки) або на один електрон менше (акцепторні домішки), ніж у атомів вихідного напівпровідника. У першому випадку домішкові атоми (донори) легко віддають зайвий електрон, а в другому (акцептори) - забирають електрон від атомів напівпровідника, створюючи дірку. Для найбільш поширених напівпровідників (кремнію і германію), що є чотиривалентність хімічними елементами, Донорами служать п'ятивалентні речовини (фосфор, миш'як, сурма), а акцепторами - тривалентні (бор, алюміній, індій). Залежно від переважаючого типу носіїв домішкові напівпровідники ділять на напівпровідники електронного (п-типу) і діркового (р-типу).

Залежність електропровідності напівпровідника від різних зовнішніх впливів служить основою різноманітних технічних приладів. Так, зменшення опору використовується в термисторах, зменшення опору при освещеніі- в фоторезисторах. Поява ЕРС при проходженні струму через напівпровідник, поміщений в магнітне поле (ефект Холла) застосовується для вимірювання магнітних полів, потужності і т.д. Особливо цінними властивостями володіють неоднорідні напівпровідники (зі змінною від однієї частини обсягу до іншого провідність), а також контакти різних напівпровідників між собою і напівпровідників з металами. Виникаючі в таких системах ефекти найбільш яскраво проявляються у електронно-доручених переходів (р-п-переходом). Використання р-п-переходів лежить в основі дії багатьох напівпровідникових приладів: транзистора, напівпровідникового діода, напівпровідникового фотоелемента, термоелектричного генератора, сонячної батареї.

60-е - 70-е роки складають епоху напівпровідникової техніки і власне електроніки. Електроніка впроваджується в усі галузі науки, техніки і народного господарства. Будучи комплексом наук, електроніка тісно пов'язана з радіофізикою, радіолокації, радіонавігацією, радіоастрономії, радіометеорологія, Радіоспектроскопія, електронної обчислювальної і керуючої технікою, радіоуправлінням на відстані, телевимірювань, квантової радіоелектронікою.

У цей період тривало подальше вдосконалення електровакуумних приладів. Велика увага приділяється підвищенню їх міцності, надійності, довговічності. Розроблялися пальчикові і надмініатюрні лампи, що давало можливість знизити габарити установок, які налічують велику кількість радіоламп.

Тривали інтенсивні роботи в галузі фізики твердого тіла і теорії напівпровідників, розроблялися способи отримання монокристалів напівпровідників, методи їх очищення та введення домішок. Великий внесок у розвиток фізики напівпровідників внесла радянська школа академіка А. Ф. Іоффе.

Напівпровідникові прилади швидко і широко поширилися за 50-е-70-ті роки в усі галузі народного господарства. У 1926 р був запропонований напівпровідниковий випрямляч змінного струму з закису міді. Пізніше з'явилися випрямлячі з селену і сірчистої міді. Бурхливий розвиток радіотехніки (особливо радіолокації) в період другої світової війни дало новий поштовх до досліджень в області напівпровідників. Були розроблені точкові випрямлячі змінних струмів НВЧ на основі кремнію і германію, а пізніше з'явилися площинні германієві діоди. У 1948 р американські вчені Бардін і Браттейн створили германієвий точковий тріод (транзистор), придатний для посилення і генерування електричних коливань. Пізніше був розроблений кремнієвий точковий тріод. На початку 70-х років точкові транзистори практично не застосовувалися, а основним типом транзистора був площинний, вперше виготовлений в 1951 р До кінця 1952 були запропоновані площинний високочастотний тетрод, польовий транзистор і інші типи напівпровідникових приладів. У 1953 році було розроблено дрейфовий транзистор. У ці роки широко розроблялися і досліджувалися нові технологічні процеси обробки напівпровідникових матеріалів, способи виготовлення p-n- переходів і самих напівпровідникових приладів. На початку 70-х років, крім площинних і дрейфовий германієвих і кремнієвих транзисторів, знаходили широке поширення і інші прилади, що використовують властивості напівпровідникових матеріалів: тунельні діоди, керовані і некеровані чотиришарові переключають прилади, фотодіоди і фототранзистори, варикапи, терморезистори і т.д.

Розвиток і вдосконалення напівпровідникових приладів характеризується підвищенням робочих частот і збільшенням допустимої потужності. Перші транзистори володіли обмеженими можливостями (граничні робочі частоти близько сотні кілогерц і потужності розсіювання близько 100 - 200 МВт) і могли виконувати лише деякі функції електронних ламп. Для того ж діапазону частот були створені транзистори з потужністю в десятки ватт. Пізніше були створені транзистори, здатні працювати на частотах до 5 МГц і розсіювати потужність близько 5 Вт, а вже в 1972 р були створені зразки транзисторів на робочі частоти 20 - 70 МГц з потужностями розсіювання, що досягають 100 Вт і більше. Малопотужні ж транзистори (до 0,5 - 0,7 Вт) можуть працювати на частотах понад 500 МГц. Пізніше з'явилися транзистори, що працюють на частотах близько 1000 МГц. Одночасно велися роботи по розширенню діапазону робочих температур. Транзистори, виготовлені на основі германію, мали спочатку робочі температури не вище +55 ¸ 70 ° С, а на основі кремнію - не вище +100 ¸ 120 ° С. Створені пізніше зразки транзисторів на арсеніді галію виявилися працездатними при температурах до +250 ° С, і їх робочі частоти в результаті збільшилися до 1000 МГц. Є транзистори на карбіду, що працюють при температурах до 350 ° С. Транзистори і напівпровідникові діоди за багатьма показниками в 70-і роки перевершували електронні лампи і в підсумку повністю витіснили їх з областей електроніки. У інтегральної електроніці МДП-структури широко використовуються для створення транзисторів і на їх основі різних інтегральних мікросхем.

Перед проектувальниками складних електронних систем, які налічують десятки тисяч активних і пасивних компонентів, стоять завдання зменшення габаритів, ваги, споживаної потужності і вартості електронних пристроїв, поліпшення їх робочих характеристик і, що найголовніше, досягнення високої надійності роботи. Ці завдання успішно вирішує мікроелектроніка - напрямок електроніки, що охоплює широкий комплекс проблем і методів, пов'язаних з проектуванням та виготовленням електронної апаратури в мікромініатюрном виконанні за рахунок повного або часткового виключення дискретних компонентів.

Основною тенденцією мікромініатюризації є "інтеграція" електронних схем, тобто прагнення до одночасного виготовлення великої кількості елементів і вузлів електронних схем, нерозривно пов'язаних між собою. Тому з різних областей мікроелектроніки найефективнішою виявилася інтегральна мікроелектроніка, яка є одним з головних напрямків сучасної електронної техніки. Зараз широко використовуються надвеликі інтегральні схеми, на них побудоване все сучасне електронне обладнання, зокрема ЕОМ і т.д.

Термін служби напівпровідникових тріодів і їх економічність у багато разів більше, ніж у електронних ламп. За рахунок чого транзистори знайшли широке застосування в мікроелектроніці - теле-, відео-, аудіо-, радіоапаратурі і, звичайно ж, в комп'ютерах. Вони заміняють електронні лампи в багатьох електричних ланцюгах наукової, промислової і побутової апаратури.

Напівпровідникові прилади, відомості про яких наводяться в довіднику, є приладами загального застосування. Вони можуть працювати в різноманітних умовах і режимах, характерних для різних класів радіоелектронної апаратури широкого, промислового і спеціального застосування.

Загальні технічні вимоги до приладів, призначеним для апаратури певного класу, містяться в загальних технічних умовах (ОТУ) на ці прилади. Конкретні норми на значення електричних параметрів і специфічні вимоги до даного типу приладів викладаються в приватних технічних умовах (ЧТУ) і ГОСТ на прилади.

Висока надійність радіоелектронної апаратури на напівпровідникових приладах може бути забезпечена лише за умови врахування на стадії її проектування, виготовлення і експлуатації таких особливостей приладів:

• розкиду значень параметрів, їх залежності від режиму і умов роботи;
• зміни значень параметрів протягом часу зберігання або роботи;
• необхідності хорошого відведення тепла or корпусів приладів;
• необхідності забезпечення запасів по електричним, механічним і іншим навантаженням на прилади в радіоелектронної апаратурі;
• необхідності вжиття заходів, що забезпечують відсутність перевантажень приладів під час монтажу і збірки радіоелектронної апаратури.

Значення параметрів приладів одного типу не однакові, а лежать в деякому інтервалі. Цей інтервал обмежується мінімальними або максимальними значеннями, зазначеними в довіднику. Деякі параметри мають двостороннє обмеження значень. Наведені в довіднику вольтамперні характеристики, залежності параметрів від режиму і температури є усередненими для великою кількості примірників приладів даного типу. Ці залежності можуть використовуватися при виборі типу приладу для даної схеми і орієнтовного її розрахунку.

Більшість параметрів напівпровідникових приладів значно змінюється в залежності від режиму роботи і температури. Наприклад, час відновлення зворотного опору імпульсних діодів залежить від значення прямого струму, напруги перемикання і опору навантаження; втрати перетворення і коефіцієнт шуму НВЧ діодів залежать від рівня потужності, що підводиться. Значно змінюється в діапазоні температури, вказаному в технічних умовах, зворотний струм діода. У довіднику наводяться значення параметрів, гарантованих ТУ для відповідних оптимальних або граничних режимів використання.

Застосування та експлуатація приладів повинні здійснюватися відповідно до вимог ТУ і стандартів - посібниками по застосуванню. При конструюванні радіоелектронної апаратури необхідно прагнути забезпечити її працездатність в максимально широких інтервалах змін найважливіших параметрів приладів. Розкид параметрів приладів і зміна їх значень в часі при проектуванні апаратури враховуються розрахунковими методами або експериментально, наприклад методом граничних випробувань.

Час, протягом якого напівпровідникові прилади можуть працювати в апаратурі (їх термін служби), практично необмежено Нормативно-технічна документація на поставку приладів (ГОСТ. ТУ), як правило, гарантує мінімальну напрацювання не менше 15 000 ч. А в полегшених режимах і умовах експлуатації - до 30 000 ч. Однак теорія і експерименти показують, що через 50 - 70 тис. ч роботи зростання інтенсивності відмов не спостерігається. Проте за час хропіння і роботи можуть відбуватися зміни значень параметрів приладів. У окремих екземплярів ці зміни виявляються настільки значними, що відбувається відмова апаратури. Для контролю рівня надійності виготовлених приладів використовуються такі показники, як гамма-процентний ресурс, гамма-відсоткова збереженість, мінімальне напрацювання (гарантійна напрацювання), інтенсивність відмов при спеціальних короткочасних випробуваннях у форсованому режимі. Норми на ці показники встановлюються в ТУ на прилади.

Для розрахунку надійності радіоелектронної апаратури слід використовувати кількісні показники надійності, що встановлюються шляхом проведення спеціальних випробувань, обробки великого обсягу статистичних даних про різні випробуваннях і "експлуатації приладів в різноманітної апаратури.

Експериментально встановлено, що інтенсивність (ймовірність) відмов приладів зростає при збільшенні робочої температури переходів, напруги на електродах і струму. У зв'язку з підвищенням температури прискорюю (рах практично відмови всіх видів: короткі замикання, Обриви і значні зміни параметрів. Підвищення напруги значно прискорює відмови приладів з МДП структурами і з низьковольтними переходами. Збільшення струму призводить, головним чином, до прискореного руйнування контактних з'єднань і токоведушіх доріжок металізації на кристалах.

Наближена залежність інтенсивності відмов від навантаження має вигляд:

де λ (T п, макс, U макс, I макс) інтенсивність відмов при максимальному навантаженні (може бути взята з результатів короткочасних випробувань у форсованому режимі). Значення В приблизно дорівнює 6000 К.

Для підвищення надійності роботи приладів в апаратурі необхідно знижувати, головним чином, температуру переходів і кристалів, а також робочі напруги і струми, які повинні бути істотно нижче гранично допустимих. Рекомендується встановлювати напруги і струми (потужність) на рівні 0,5-0,7 граничних (максимальних) значень. Експлуатація напівпровідникових приладів при температурі, напрузі або струмі, рівних граничного значення, забороняється. Не допускається навіть короткочасне (імпульсна) перевищення гранично допустимих режиму при експлуатації. Тому необхідно вживати заходів щодо захисту приладів від електричних перевантажень, що виникають при перехідних процесах (при включенні і виключенні апаратури, при зміні режиму її роботи, підключення навантажень, випадкових змінах напруги джерел живлення).

Режими роботи приладів повинні контролюватися з урахуванням можливих несприятливих поєднань умов експлуатації апаратури (підвищена навколишня температура, знижений тиск навколишнього середовища та ін.).

Якщо необхідне значення струму або напруги перевищує гранично допустимий для данною приладу значення, рекомендується застосування більш могутньою або високовольтного приладу, а в разі діодів - їх паралельне або послідовне з'єднання. При паралельному з'єднанні необхідно вирівнювати струми через діоди за допомогою резисторів з невеликим опором, що включаються послідовно з кожним діодом. При послідовному включенні діодів зворотні напруги на них вирівнюються за допомогою шунтуючих резисторів або конденсаторів. Рекомендовані опору і ємності шунтів зазвичай вказуються в ТУ на діоди. Між послідовно або паралельно включеними приладами повинна бути хороша теплова зв'язок (наприклад, всі прилади встановлюються на одному радіаторі). В іншому випадку розподіл навантаження між приладами буде нестійким.

При впливі різних факторів (температури, вологи, хімічних. Механічних та інших впливів) параметри, характеристики та деякі властивості напівпровідникових приладів можуть змінюватися. Для захисту структур напівпровідникових приладів від зовнішніх впливів служать корпусу приладів. Корпуси потужних приладів одночасно забезпечують необхідні умови відводу тепла, а корпусу СВЧ приладів - оптимальне поєднання електродів приладів зі схемою. Необхідно мати на увазі, що корпуси приладів мають обмеження по герметичності і корозійної стійкості, тому при експлуатації приладів в умовах підвищеної вологості рекомендується покривати їх спеціальними лаками (наприклад, типу УР-231 або ЕП-730).

Забезпечення відведення тепла від напівпровідникових приладів є однією і; головних завдань при конструюванні радіоелектронної апаратури. Необхідно дотримуватися принципу максимально можливого зниження температури переходів і корпусів приладів. Для охолодження потужних діодів або тиристорів використовуються тепловідвідні радіатори, що працюють в умовах природної конвекції або примусового обдування, а також конструктивні елементи вузлів і блоків апаратури, що мають достатню поверхню або хороший тепловідвід. Кріплення приладів до радіатора має забезпечувати відмінковий теплової контакт. Якщо корпус приладу повинен бути ізольований, то для зменшення загального теплового опору краще ізолювати радіатор від корпусу апаратури, ніж діод або тиристор oт радіатора.

Відведення тепла поліпшується при вертикальному розташуванні активних поверхонь радіатора, так як при цьому кращі умови конвекції. Орієнтовні розміри теплоотводяшіх радіаторів в формі вертикально орієнтованих пластин з алюмінію (квадратних або прямокутних) в залежності від розсіюється ними потужності, можна визначити але формулою

де S - площа одного боку пластини, см 2; Р - розсіюється в приладі потужність, Вт. Пластини площею до 25 см2 можуть мати товщину 1-2 мм, площею від 25 до 100 см 2 2-3 мм. понад 100 см 2 - 3 - 4 мм.

При заливці плат з напівпровідниковими приладами компаундами, пінопластами, пенорезіна необхідно враховувати зміну теплового опору між корпусом приладу і навколишнім середовищем, а також можливість збільшення додаткового нагріву приладів від розташованих поблизу елементів схеми з великим виділенням тепла. Температура при заливці не повинна перевищувати максимальної температури корпусу приладу, зазначеної в ТУ. При заливці не повинні виникати механічні навантаження на висновки, що порушують цілісне 1Ь скляних ізоляторів або корпусів приладів.

У процесі підготовки і проведення монтажу напівпровідникових приладів в апаратуру механічні та кліматичні впливу на них не повинні перевищувати значень, зазначених в ТУ.

При рихтування, формуванні і обрізанні висновків ділянку виведення близько корпусу повинен бути закріплений гак. щоб в провіднику не виникали згинальні або розтягують зусилля. Оснащення і пристосування для формування висновків повинні бути заземлені. Відстань від корпусу приладу до початку вигину виведення має бути не менше 2 мм. Радіус вигину при діаметрі виведення до 0,5 мм повинен бути не менше 0.5 мм, при діаметрі 0,6-1 мм - не менше 1 мм. при діаметрі понад 1 мм - не.менее 1,5 мм.

Паяльники, що застосовуються для пайки висновків приладів, повинні бути низьковольтними. Відстань від корпусу або ізолятора до місця лудіння або пайки виведення має бути не менше 3 мм. Для відводу тепла ділянку виведення між корпусом і місцем пайки затискається пінцетом з губками з червоної міді. Жало паяльника має бути надійно заземлені. Якщо температура припою не перевищує 533 + 5 К, а час пайки не більше 3 с. то можна виробляти пайку без тепловідведення або груповим методом (вільний, зануренням в припой і ін.).

Очищення друкованих плат від флюсу проводиться рідинами. які не впливають на покриття, маркування або матеріал корпусу (наприклад, спирто-бензинової сумішшю).

В процесі монтажу, транспортування, зберігання СВЧ приладів необхідно забезпечувати їх захист ог впливу статичної електрики. Для лого все вимірювальне, випробувальне, монтажне обладнання та інструменти надійно за? Емляю1ся: для зняття заряду з тіла оператора застосовуються заземлюючі браслети або кільця. використовуються антистатична одяг, взуття, покриття столів робочих місць.

Діоди СВЧ необхідно захищати від впливу зовнішніх електричних наволок і електромагнітних полів. Не слід зберігати або навіть короткочасно залишати НВЧ діоди без спеціальної екранує упаковки. Перед установкою СВЧ діодів в апаратуру остання повинна бути заземлена. Входи і виходи СВЧ тракту в непрацюючому або зберігається блоці апаратури з використанням СВЧ діодів повинні вити перекриті металевими заглушками.

При експлуатації апаратури повинні бути вжиті заходи, що оберігають НВЧ діоди від електричних СВЧ перевантажень, які можуть привести або до необоротного погіршення параметрів. або до повної відмови (вигоряння) діодів. Для захисту від СВЧ перевантажень в апаратурі застосовуються резонансні розрядники, ферритові oгранічітелі, газорозрядні атенюатори.

Міністерство освіти Російської Федерації

Кафедра: «Електронне машинобудування».

Курсовий проект

Збірка напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем

Виконав: ст-т гр. ЕПП - 32

Козачук Віталій Михайлович

Перевірив: доцент

Шумаріна Віктор Пракофьевіч

Саратов 2000 р

ЗБІРКА НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПРИЛАДІВ

І інтегральних мікросхем

Особливості процесу складання

Збірка напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем є найбільш трудомістким і відповідальним технологічним етапом в загальному циклі їх виготовлення. Від якості складальних операцій в сильному ступені залежать стабільність електричних параметрів і надійність готових виробів.

Етап складання починається після завершення групової обробки напівпровідникових пластин по планарной технології та поділу їх на окремі елементи (кристали). Ці кристали, можуть мати найпростішу (диодную або транзисторную) структуру або включати в себе складну інтегральну мікросхему (з великою кількістю активних і пасивних елементів) і надходити на збірку дискретних, гібридних або монолітних композицій.

Труднощі процесу складання полягає в тому, що кожен клас дискретних приладів і ІМС має свої конструктивні особливості, які вимагають цілком певних складальних операцій і режимів їх проведення.

Процес складання включає в себе три основні технологічні операції: приєднання кристала до основи корпусу; приєднання струмоведучих висновків до активних і пасивних елементів напівпровідникового кристала до внутрішніх елементів корпусу; герметизація кристала від зовнішнього середовища.

Приєднання кристала до основи корпусу

Приєднання кристала напівпровідникового приладу або ІМС до основи корпусу проводять за допомогою процесів пайки, пріплавленія з використанням евтектичних сплавів і приклеювання.

Основною вимогою до операції приєднання кристала є створення з'єднання кристал - підстава корпусу, що володіє високою механічною міцністю, хорошою електро- і теплопровідністю.

Пайка- процес з'єднання двох різних деталей без їх розплавлення за допомогою третього компонента, званого припоєм. Особливістю процесу пайки є те, що припій при утворенні паяного з'єднання знаходиться в рідкому стані, а з'єднуються деталі - в твердому.

Сутність процесу пайки полягає в наступному. Якщо між сполучаються деталями помістити прокладки з припою і всю композицію нагріти до температури плавлення припою, то матимуть місце такі три фізичних процесу. Спочатку розплавленийприпой змочує поверхні деталей, що з'єднуються. Далі в змочених місцях відбуваються процеси міжатомної взаємодії між припоєм і кожним з двох змочених їм матеріалів. При змочуванні можливі два процеси: взаємне розчинення самочинного матеріалу й зварювання або їх взаємна дифузія. Після охолодження нагрітої композиції припій переходить в твердий стан. При цьому утворюється міцне паяні з'єднання між вихідними матеріалами і припоєм.

Процес пайки добре вивчений, він простий і не вимагає складного і дорогого обладнання. При серійному випуску виробів електронної техніки припаює напівпровідникових кристалів до підстав корпусів проводиться в конвеєрних печах, що володіють високою продуктивністю. Пайка проводиться в відновлювальної (водень) або нейтральної (азот, аргон) середовищі. У печі завантажують багатомісні касети, в які попередньо поміщають підстави корпусів, навішування припою і напівпровідникові кристали. При русі конвеєрної стрічки касета з сполучаються деталями послідовно проходить зони нагріву, постійної температури, охолодження. Швидкість руху касети і температурний режим задають і регулюють відповідно до технологічних і конструктивними особливостями конкретного типу напівпровідникового приладу або ІМС.

Поряд з конвеєрними печами для припаювання напівпровідникового кристала до основи корпусу використовують установки, які мають одну індивідуальну нагрівається позицію, на яку встановлюють тільки одну деталь корпусу (ніжку) і один напівпровідниковий кристал. При роботі на такій установці оператор за допомогою маніпулятора встановлює кристал на підставу корпусу і виробляє короткочасний нагрів з'єднується вузла. У зону нагріву подається інертний газ. Цей спосіб з'єднання деталей дає хороші результати за умови попереднього облуговування поверхонь, що з'єднуються кристала і підстави корпусу.

Процес приєднання кристала пайкою поділяють на низькотемпературний (до 400 ° С) і високотемпературний (вище 400 ° С). Як низькотемпературних припоїв використовують сплави на основі свинцю та олова з добавками (до 2%) сурми або вісмуту. Добавка сурми або вісмуту в олов'яно-свинцевий припій дозволяє уникнути появи «олов'яної чуми» в готових приладах і ІМС при їх експлуатації і тривалому зберіганні. Високотемпературні припої виготовляють на основі срібла (ПСР-45, ПСР-72 і ін.).

На технологічний процес пайки і якість отриманого паяного з'єднання деталей сильний вплив надають чистота з'єднуються металевих поверхонь і застосовуваного припою, склад атмосфери робочого процесу і наявність флюсів.

Найбільш широке застосування процес пайки знаходить при складанні дискретних напівпровідникових приладів (діодів, транзисторів, тиристорів і Др.). Це пояснюється тим, що процес пайки дає можливість отримати хороший електричний і тепловий контакт між кристалом напівпровідника і крісталлодержателя корпусу, причому площа контактного з'єднання може бути досить великою (для приладів великої потужності).

Особливе місце процес пайки займає при закріпленні напівпровідникового кристала великої площі на підставі корпусу з міді. В цьому випадку для зниження термомеханических напружень, що виникають за рахунок різниці в температурних коефіцієнтах розширення напівпровідникових матеріалів і міді, широко використовують молібденові і молібденовольфрамовие термокомпенсатори, які мають площу, рівну площі напівпровідникового кристала, а ТК l-блізкій до ТК l напівпровідника. Така складна багатоступенева композиція з двома прошарками з припою з успіхом використовується при складанні напівпровідникових приладів середньої та великої потужностей.

Подальший розвиток процес пайки отримав при складанні інтегральних мікросхем за технологією «перевернутого кристала». Ця технологія передбачає попереднє створення на планарной стороні кристала з ІМС «шарикових висновків» або «контактних виступів», які являють собою горбки з міді, покриті припоєм або оловом. Такий кристал розташовують на поверхні підкладки або на підставі корпусу так, щоб горбки стикалися з нею в певних ділянках. Таким чином, кристал перевертається і його планарная сторона за допомогою горбків контактує з поверхнею підстави корпусу.

При короткочасному нагріванні такої композиції відбувається міцне з'єднання контактних виступів напівпровідникового кристала з підставою корпусу. Слід зазначити, що ті ділянки поверхні корпусу, з якими стикаються «виступи», попередньо теж облужівают. Тому в момент нагрівання відбувається з'єднання припою підстави корпусу з припоєм контактних виступів.

На рис. 1, а показаний варіант приєднання кристала ІМС, має мідні облуженние контактні виступи, до підкладці. Така конструкція висновків не боїться розтікання припою по підкладці. Наявність високого грибообразной виступу забезпечує необхідний зазор між напівпровідниковим кристалом і підкладкою при розплавленні припою. Це дозволяє проводити приєднання кристала до підкладки з високим ступенем точності.

На рис. 1, в показаний варіант збірки кристалів, що мають м'які стовпчикові висновки з припою на основі олово-свинець.

Приєднання такого кристала до основи корпусу проводять звичайним нагріванням без додаткового тиску на кристал. Припій контактних виступів при нагріванні і розплавлення не розтікається по поверхні облуженних ділянок підстави корпусу за рахунок сил поверхневого натягу. Це, крім того, забезпечує певний зазор між кристалом і підкладкою.

Розглянутий метод приєднання кристалів ІМС до основи корпусу або до будь-якої плати дозволяє в значній мірі механізувати і автоматизувати технологічний процес складання.

Пріплавленіе з використанням евтектичних сплавів. Цей спосіб приєднання напівпровідникових кристалів до основи корпусу заснований на утворенні розплавленої зони, в якій відбувається розчинення поверхневого шару напівпровідникового матеріалу і шару металу підстави корпусу.

У промисловості широке застосування отримали два евтектичних сплаву: золото-кремній (температура плавлення 370 ° С) я золото-германій (температура плавлення 356 ° С). Процес евтектичного приєднання кристала до основи корпусу має два різновиди. Перший вид заснований на використанні прокладки з евтектичного сплаву, яка розташовується між сполучаються елементами: кристалом і корпусом. У цьому виді з'єднання поверхню підстави корпусу повинна мати золоте покриття у вигляді тонкої плівки, а поверхню напівпровідникового кристала може не мати золотого покриття (для кремнію і германію) або бути покритою тонким шаром золота (у разі приєднання інших напівпровідникових матеріалів). При нагріванні такої композиції до температури плавлення евтектичного сплаву між сполучаються елементами (кристал-підставу корпусу) утворюється рідка зона. У цій рідкій зоні відбувається з одного боку розчинення шару напівпровідникового матеріалу кристала (або шару золота, нанесеного на поверхню кристала).

Після охолодження всієї системи (підстава корпусу - евтектичних розплав-напівпровідниковий кристал) відбувається затвердіння рідкої зони евтектичного сплаву, а на кордоні напівпровідник-евтектичних сплав утворюється твердий розчин. В результаті цього процесу створюється механічно міцне з'єднання напівпровідникового матеріалу з основою корпусу.

Другий вид евтектичного приєднання кристала до основи корпусу зазвичай реалізується для кристалів з кремнію або германію. На відміну від першого виду для приєднання кристала не використовується прокладка з евтектичного сплаву. В цьому випадку рідка зона евтектичного розплаву утворюється в результаті нагрівання композиції позолочене підставу корпусу-кристал кремнію (або германію). Розглянемо докладніше цей процес. Якщо на поверхню основи корпусу, що має тонкий шар золотого покриття, помістити кристал кремнію, який не має золотого покриття, і всю систему нагріти до температури на 40-50 ° С вище температури евтектики золото-кремній, то між сполучаються елементами утворюється рідка фаза евтектичного складу. Так як процес сплаву шару золота з кремнієм є нерівновагим, то кількість кремнію і золота, що розчинилися в рідкій зоні, буде визначатися товщиною золотого покриття, температурою і часом проведення процесу сплаву. При досить великих витримках і постійній температурі процес сплаву золота з кремнієм наближається до рівноважного і характеризується постійним об'ємом рідкої фази золото-кремній. Наявність великої кількості рідкої фази може привести до витікання її з-під кристала кремнію до його периферії. При затвердінні витекла евтектика призводить до утворення досить великих механічних напружень і раковин в структурі кристала кремнію, які різко знижують міцність Сплавний структури і погіршують її електрофізичні параметри.

При мінімальних значеннях часу і температури сплав золота з кремнієм відбувається не рівномірно по всій площі зіткнення кристала з підставою корпусу, а лише в її окремих точках.

В результаті цього зменшується міцність сплавного з'єднання, збільшуються електричне та теплове опору контакту і знижується надійність отриманої арматури.

Істотний вплив на процес евтектичного сплаву надає стан поверхонь вихідних з'єднувальних елементів. Наявність забруднень на цих поверхнях призводить до погіршення змочування контактуючих поверхонь рідкою фазою і нерівномірного розчинення.

приклеюванняце процес з'єднання елементів один з одним, заснований на клеять властивості деяких матеріалів, які дозволяють отримувати механічно міцні з'єднання між напівпровідниковими кристалами і підставами корпусів (металевими, скляними або керамічними). Міцність склеювання визначається силою зчеплення між клеєм і склеюваними поверхнями елементів.

Склеювання різних елементів інтегральних схем дає можливість з'єднувати найрізноманітніші матеріали в різних поєднаннях, спрощувати конструкцію вузла, зменшувати його масу, знижувати витрата дорогих матеріалів, не застосовувати припоев і евтектичних сплавів, значно спрощувати технологічні процеси складання найскладніших напівпровідникових приладів та ІМС.

В результаті приклеювання можна отримувати арматури і складні композиції з електроізоляційними, оптичними та струмопровідними властивостями. Приєднання кристалів до основи корпусу за допомогою процесу приклеювання незамінне при складанні і монтажі елементів гібридних, монолітних і оптоелектронних схем.

При приклеюванні кристалів на підстави корпусів застосовують різні типи клеїв: ізоляційні, струмопровідні, светопроводящие і теплопровідні. За активністю взаємодії між клеєм і склеюваними поверхнями розрізняють полярні (на основі епоксидних смол) і неполярні (на основі поліетилену).

Якість процесу приклеювання в значній мірі залежить не тільки від властивостей клею, але і від стану поверхонь, що склеюються елементів. Для отримання міцного з'єднання необхідно ретельно обробити і очистити склеювані поверхні. Важливу роль в процесі склеювання грає температура. Так, при склеюванні елементів конструкцій, що не піддаються в наступних технологічних операціях впливу високих температур, можна використовувати клеї холодного затвердіння на епоксидної основі. Для приклеювання кремнієвих кристалів до металевих або керамічних підставах корпусів зазвичай використовують клей ВК-2, що представляє собою розчин кремній-органічної смоли в органічному розчиннику з дрібнодіспергіроване азбестом в якості активного наповнювача або ВК-32-200, в якому в якості наповнювача використовують скло або кварц .

Технологічний процес приклеювання напівпровідникових кристалів проводять в спеціальних складальних касетах, які забезпечують потрібну орієнтацію кристала на підставі корпусу і необхідне притиснення його до основи. Зібрані касети в залежності від використовуваного клеїть матеріалу піддають певній термічній обробці або витримують при кімнатній температурі.

Особливі групи становлять електропровідні і оптичні клеї, використовувані для склеювання елементів і вузлів гібридних і оптоелектронних ІМС. Струмопровідні клеї являють собою композиції на основі епоксидних і кремнійорганічних смол з додаванням порошків срібла або нікелю. Серед них найбільш широкого поширення набули клеї АС-40В, ЕК-А, ЕК-Б, К-3, ЕОТ і КН-1, що представляють собою пастоподібні рідини з питомим електричним опором 0,01 0,001 Ом-см і діапазоном робочих температур від -60 до + 150 ° С. До оптичних клеїв висувають додаткові вимоги за значенням коефіцієнтів заломлення і світлопропускання. Найбільш широкого поширення набули оптичні клеї ОК.-72 Ф, ОП-429, ОП-430, ОП-ЗМ.

приєднання висновків

В сучасних напівпровідникових приладах та інтегральних мікросхемах, у яких розмір контактних майданчиків становить кілька десятків мікрометрів, процес приєднання висновків є одним з найбільш трудомістких технологічних операцій.

В даний час для приєднання висновків до контактних площадок інтегральних схем використовують три різновиди зварювання: термокомпрессіонной, електроконтактні і ультразвукову.

термокомпрессіонной зварювання дозволяє приєднувати електричні висновки товщиною кілька десятків мікрометрів до омічним контактам кристалів діаметром не менше 20-50 мкм, причому електричний висновок можна приєднати безпосередньо до поверхні напівпровідника без проміжного металевого покриття в такий спосіб. Тонку золоту або алюмінієвий дріт прикладають до кристалу і притискають нагрітим стрижнем. Після невеликої витримки дріт виявляється щільно зчепленої з поверхнею кристала. Зчеплення відбувається внаслідок того, що навіть при невеликих питомих тисках, що діють на кристал напівпровідника і не викликають його руйнування, локальне тиск в мікровиступів на поверхні може бути дуже великим. Це призводить до пластичної деформації виступів, чому сприяє підігрів до температури нижче евтектичною для даного металу і напівпровідника, що не викликає яких-небудь змін в структурі кристала. Боротьба, що деформація (затікання) мікровиступів і мікровпадін обумовлює міцну адгезію і надійний контакт, внаслідок ван дер Ваальсових сил зчеплення, а з підвищенням температури між з'єднаннями матеріалами більш імовірна хімічний зв'язок. Термокомпрессіонной зварювання має такі переваги:

a) з'єднання деталей відбувається без розплавлення зварювальних матеріалів;

b) питомий тиск, що прикладається до кристалу, не призводить до механічних пошкоджень напівпровідникового матеріалу;

c) сполуки отримують без забруднень, так як не використовують припої і флюси.

До недоліків слід віднести малу продуктивність процесу.

Термокомпрессіонной зварювання можна здійснювати шляхом з'єднань внахлест і встик. При зварюванні внахлест електричний дротяний висновок, як зазначалося, накладають на контактну площадку кристала напівпровідника і притискають до нього спеціальним інструментом до виникнення деформації виведення. Ось дротяного виведення при зварюванні розташовують паралельно площини контактної площадки. При зварюванні в стик дротяний висновок приварюють торцем до контактної майданчику. Ось дротяного виведення в місці приєднання перпендикулярна площині контактної площадки.

Сварка внахлест забезпечує міцне з'єднання кристала напівпровідника з дротяними висновками з золота, алюмінію, срібла та інших пластичних металів, а зварювання встик-тільки з висновками з золота. Товщина дротяних висновків може становити 15-100 мкм.

Приєднувати висновки можна як до чистих кристалів напівпровідника, так і до контактних площадок, покритим шаром напиляним золота або алюмінію. При використанні чистих поверхонь кристала збільшується перехідний опір контакту і погіршуються електричні параметри приладів.

Елементи, що підлягають термокомпрессіонной зварюванні, проходять певну технологічну обробку. Поверхня кристала напівпровідника, покриту шаром золота або алюмінію, знежирюють.

Золоту дріт отжигают при 300-600 ° С протягом 5-20 хв залежно від способу з'єднання деталей. Алюмінієвий дріт протруюють в насиченому розчині їдкого натру при 80 ° С протягом 1-2 хв, промивають в дистильованої воді, і сушать.

Основними параметрами режиму термокомпрессіонной зварювання є питомий тиск, температура нагріву і час зварювання, Питомий тиск вибирають в залежності від допустимого напруги стиснення кристала напівпровідника і допустимої деформації матеріалу приварюється виведення. Час зварювання вибирають експериментальним шляхом.

де dдіаметр проводу, мкм; bширина з'єднання, мкм.

Тиск на інструмент визначають, виходячи з розподілу напружень на стадії завершення деформації:

де Aкоефіцієнт, що характеризує зміну напруги в процесі деформації дроту; f-наведені коефіцієнт тертя, що характеризує тертя між інструментом, дротом і підкладкою; відносна деформація; -предел плинності матеріалу дроту при температурі деформації; d- діаметр дроту; D- діаметр притискного інструменту, рівний зазвичай (2 ÷ 3) d.

Мал. 2. Номограма для вибору режимів термокомпрессіонной зварювання:

а- золотого дроту з плівкою алюмінію; б- алюмінієвого дроту з плівкою алюмінію

На рис. 2 приведені номограми режимів термокомпрессіонной зварювання золотий (а) і алюмінієвої (б) дроту з алюмінієвими контактними майданчиками. Ці номограми дають можливість оптимального вибору співвідношення між тиском, температурою і часом.

Термокомпрессіонной зварювання має досить багато різновидів, які можна класифікувати за способом нагріву, за способом приєднання, за формою інструменту.За способом нагріву розрізняють термокомпрессіонной зварювання з роздільним нагріванням голки, кристала або пуансона, а також з одночасним нагріванням двох з цих елементів. За способом приєднання термокомпрессіонной зварювання може бути встик і внахлест. За формою інструменту розрізняють «пташиний дзьоб», «клин», «капіляр» і «голку» (рис. 14.3).

При зварюванні інструментом «пташиний дзьоб» один і той же пристрій подає дріт, приєднує її до контактних площадок інтегральної схеми і автоматично обриває, не випускаючи її з «дзьоба». Інструмент у вигляді «клину» притискає кінець дроту до підкладки, при цьому вдавлюється не вся дріт, а тільки центральна її частина. При зварюванні з допомогою «капілярного інструменту» дріт проходить через нього. Капілярний наконечник одночасно служить інструментом, що передає тиск на дріт. При зварюванні «голкою» кінець дротяного виведення підводять в зону зварювання спеціальним механізмом і накладають на контактну площадку, а потім притискають її голкою з певним зусиллям.

Мал. 3. Типи інструментів для проведення термокомпрессіонной зварювання:

а- «Пташиний дзьоб»; б- «Клин»; в- «Капіляр»; г- «Голка»

Для здійснення процесу термокомпрессіонной зварювання використовуються різні установки, Основними вузлами яких є: робочий столик з нагрівальної колонкою або без неї, механізм створення тиску на приєднується висновок, робочий інструмент, механізм подачі і обриву дроту для висновків, механізм подачі кристалів або деталей з приєднаним до них кристалом; механізм поєднання елементів, що з'єднуються, оптична система візуального спостереження процесу зварювання, блоки живлення і управління. Всі перераховані вузли можуть мати різне конструктивне виконання, однак принцип їх пристрою і характер виконуваної роботи однаковий.

Так, робочий столик всіх установок служить для закріплення кристала або корпусу інтегральної схеми в певному положенні. Зазвичай робочий столик термокомпрессіонной установок є змінним, що дозволяє закріплювати кристали різних розмірів і геометричних форм. Нагрівальна колонка служить для нагріву кристалів або корпусів до необхідної температури і дозволяє регулювати її в межах 50-500 ° С з точністю регулювання + 5 ° С. Механізм створення тиску призначений для притиснення виведення до контактної майданчику кристала і забезпечує регулювання зусилля від 0,01 до 5 Н з точністю ± 5%. Робочий інструмент є одним з основних вузлів термокомпрессіонной установки. Його виготовляють з твердих сплавів типу ВК-6М, ВК-15 (для інструментів «пташиний дзьоб» і «капіляр»)

або з синтетичного корунду (для «клину» і «голки»). Конструкція механізму подачі і відриву дроту залежить від типу установки і форми робочого інструмента. Найбільш широко поширені два способи відриву; важеля і електромагнітний. Процес відриву дротяного виведення після виготовлення термокомпрессіонной з'єднання на кристалі інтегральної схеми без порушення його міцності багато в чому залежить від конструктивних особливостей механізму. Механізм подачі кристалів або деталей до місця зварювання являє собою звичайні затискачі або складні касети, змонтовані на робочому столику установки. Найбільша продуктивність досягається при використанні касет з металевою стрічкою, на якій корпусу або кристали попередньо орієнтуються в заданій площині і в певному положенні. Механізм поєднання зазвичай включає в себе маніпулятори, які дозволяють переміщати кристал до його суміщення з сполучаються елементами. Зазвичай використовують маніпулятори двох видів: важільні і пантографні. Оптична система візуального спостереження складається з бінокулярного мікроскопа або збільшувального екрану-проектора. Залежно від розмірів приєднуються елементів вибирають збільшення оптичної системи від 10 до 100 крат.

Електроконтакта зварювання застосовується для приєднання металевих висновків до контактних площадок кристалів напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Фізична сутність процесу електроконтактного зварювання полягає в нагріванні з'єднуються в локальних ділянках додатка електродів. Розігрів локальних областей з'єднуються відбувається за рахунок виникає в місцях контакту матеріалу з електродами максимального електричного опору при проходженні через електроди електричного струму. Основними параметрами процесу електроконтактного зварювання є значення зварювального струму, швидкість наростання струму, час дії струму на сполучаються елементи і сила притиснення електродів до з'єднувальних деталей.

В даний час для приєднання висновків до контактних площадок кристалів інтегральних схем використовуються два способи електроконтактного зварювання: з одностороннім розташуванням двох електродів і з одностороннім розташуванням одного здвоєного електрода. Другий спосіб відрізняється від першого тим, що робочі електроди виконані у вигляді двох струмопровідних елементів, розділених між собою ізоляційною прокладкою. У момент притиснення такого електрода до дротяного висновку і пропускання через утворену систему електродного струму відбувається виділення великої кількості теплоти в місці контакту. Зовнішній тиск в поєднанні з розігрівом деталей до температури пластичності або розплавлення призводить до міцного їх з'єднанню.

Технологічне обладнання для приєднання висновків методом електроконтакной зварювання включає в себе наступні основні вузли: робочий столик, механізм створення тиску на електрод, механізм подачі і відрізки дроту, робочий інструмент, механізм подачі кристалів або корпусів з кристалами, механізм поєднання елементів, що з'єднуються, оптичну систему візуального спостереження процесу зварювання, блоки живлення і управління. Робочий стіл служить для розташування на ньому кристалів або корпусів з кристалами. Механізм створення тиску на електрод дозволяє прикладати зусилля 0,1-0,5 Н. Принцип дії механізму подачі і відрізки дроту заснований на русі дроту через капілярний отвір і відрізанні її важільним ножем. Форма і матеріал робочого інструмента дуже впливають на якість і продуктивність процесу електроконтактного зварювання. Зазвичай робоча частина наконечників електродів має форму усіченої піраміди і виготовляється з високоміцного матеріалу на основі карбіду вольфраму марки ВК-8. Механізм подачі кристалів включає в себе набір касет, а механізм поєднання-систему маніпуляторів, які дозволяють розташовувати кристал в потрібному положенні. Оптична візуальна система спостереження складається з мікроскопа або проектора. Блок живлення і управління дозволяє задавати робочий режим зварювання і виробляти його перебудову і регулювання при зміні типу кристала і матеріалу виведення.

Ультразвукове зварювання, застосовується для приєднання висновків до контактних площадок напівпровідникових приладів і інтегральних схем, має такі переваги: \u200b\u200bвідсутність нагріву з'єднуються, малий час зварювання, можливість зварювання різнорідних і важкозварювальних матеріалів. Відсутність нагріву дозволяє отримувати з'єднання без плавлення зварюваних деталей. Малий час зварювання дає можливість підвищити продуктивність процесу складання.

Механізм утворення з'єднання між висновком і контактної майданчиком при ультразвукової зварюванні визначається пластичною деформацією, видаленням забруднення, самодифузії і силами поверхневого натягу. Процес ультразвукового зварювання характеризується трьома основними параметрами: амплітудою і частотою ультразвукових коливань, значенням прикладеного тиску і часом проведення процесу зварювання. ^ Установки для ультразвукового зварювання складаються з наступних основних вузлів: робочого столика, механізму створення тиску, механізму подачі Н відрізки дроту, ультразвукового зварювального пристрою і оптичної системи.

герметизація кристала

Після того як напівпровідниковий кристал орієнтований і закріплений на підставі корпусу і до його контактних площадок приєднані висновки, його необхідно захистити від впливу навколишнього середовища, т. Е. Створити навколо нього герметичну і механічно міцну оболонку. Така оболонка може бути створена або приєднанням до основи корпусу спеціальної кришки (балона), яка накриває напівпровідниковий кристал і ізолює його від зовнішнього середовища, або обволіканню підстави корпусу з розташованим на ньому напівпровідникових кристалом пластмасою, яка також відокремлює кристал від зовнішнього середовища.

Для герметичного з'єднання підстави корпусу з кришкою або балоном (дискретний варіант напівпровідникових приладів) широко використовують пайку, електроконтактні і холодне зварювання, а для герметизації кристала на тримачі-заливку, обволікання і опресовування пластмасою.)

Пайка. Пайку застосовують для герметизації як дискретних приладів, так і ІМС. Найбільше практичне використання цей процес знайшов при складанні та герметизації корпусів діодів і транзисторів. Елементи конструкції корпусів включають в себе окремі вузли і блоки, отримані на підставі процесів пайки: металу з металом, металу з керамікою і металу зі склом. Розглянемо ці види пайки.

Пайка металу з металом вже розглядалася в §2. Тому тут зупинимося лише на технологічні особливості, які пов'язані з отриманням герметичних паяних з'єднань.

Основними елементами паяного з'єднання при герметизації інтегральних схем є підстава корпусу і кришка. Процес з'єднання підстави корпусу з кришкою може проводитися або з використанням прошарку припою, яка розташовується між підставою корпусу і кришкою у вигляді кільця, або без прошарку припою. У другому випадку краю підстави корпусу і кришки попередньо облужівают припоєм.

При герметизації діодів, транзисторів і тиристорів в залежності від конструкції корпусу можуть мати місце кілька паяних з'єднань. Так, пайкою з'єднують крісталлодержателя з балоном і герметизують верхні висновки корпусу тиристора.

До процесу пайки при герметизації пред'являють вимоги по чистоті вихідних деталей, які попередньо піддаються очищення, промивання і сушіння. Процес пайки проводять у вакуумі, інертною або відновлювальної середовищі. При використанні флюсів пайку можна проводити на повітрі. Флюси в значній мірі покращують змочування і розтікання припою по з'єднуються поверхнях деталей, а це запорука освіти герметичного паяного шва. За виконуваної ролі флюси поділяють на дві групи; захисні і активні. Захисні флюси оберігають деталі від окислення в процесі пайки, а активні сприяють відновленню оксидів, що утворилися в процесі пайки. В якості захисних флюсів найбільш часто використовують розчини каніфолі. Активними флюсами служать хлористий цинк і хлористий амоній. Для пайки використовують припої ПОС-40 і ПОС-60.

Пайка кераміки з металом. В напівпровідниковій техніці. як і в електровакуумної, широке застосування знаходять спаи кераміки з металом, які забезпечують більш надійну герметізацію.інтегральних схем.

Припої, які використовують для пайки металу з металом, що не змочують поверхню керамічних деталей і тому не згуртовуються з керамічними деталями корпусів інтегральних схем.

Для отримання паяних з'єднань кераміки з металом її попередньо металлизируют. Металізація проводиться за допомогою паст, які наносять на керамічну деталь. Хороше зчеплення метализаційні шару з поверхнею кераміки досягається високотемпературним вжіганіем. При вжигания паст розчинник випаровується, а металеві частинки міцно з'єднуються з "поверхнею керамічної деталі. Товщина воз-паленого шару металу становить зазвичай кілька мікрометрів. Нанесення і вжигание пасти можна повторювати по кілька разів, при цьому товщина шару збільшується і якість метализаційні шару поліпшується. Отриману таким чином металізовану кераміку можна паяти звичайними припоями.

Поширеним способом нанесення металевих покриттів на деталі керамічних корпусів є спікання шару метализаційні пасти з керамікою при високій температурі. В якості вихідних матеріалів використовуються порошки молібдену, вольфраму, ренію, танталу, заліза, нікелю, марганцю, кобальту, хрому, срібла і міді з розмірами зерен в кілька мікрометрів. Для приготування паст ці порошки розводять в сполучних речовинах: ацетоні, амілацетат, метиловий спирт і ін.

Пайка металізованих керамічних деталей з металевими проводиться звичайним способом.

Пайка скла з металом. Скло ні з одним з чистих металів НЕ спаивается, так як чиста поверхню металів не змочується або погано змочується рідким склом.

Однак якщо поверхня металу покрита шаром оксиду, то змочування поліпшується, оксид частково розчиняється в склі і після охолодження може відбутися герметичне з'єднання. Основні труднощі при виготовленні спаев метал - скло складається в підборі компонентів скла і металу з досить близькими значеннями коефіцієнтів термічного розширення в усьому діапазоні від температури плавлення скла до мінімальної робочої температури напівпровідникового приладу. Навіть невелике розходження в коефіцієнтах термічного розширення може призвести до утворення мікротріщин і розгерметизації готового приладу.

Для здійснення пайки скла з металом для одержання герметичних спаїв необхідно: підбирати компоненти з однаковими коефіцієнтами термічного розширення; застосовувати скляний припій у вигляді суспензії з металевим порошком; поступово переходити від металу до основного склу за допомогою проміжних стекол; металлизировать поверхню скла.

Для отримання герметичних спаїв скла з металом використовують три способи нагріву вихідних деталей: в полум'ї газового пальника, за допомогою струмів високої частоти, в муфельних або сілітових печах. У всіх випадках процес проводять на повітрі, так як наявність оксидної плівки сприяє процесу пайки.

Електроконтакта зварювання. Цей процес широко використовується для герметизації корпусів напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Вона заснована на розплавлений ні певних частин, що з'єднуються металевих деталей за рахунок проходження через них електричного струму. Сутність процесу електроконтактного зварювання полягає в тому, що до зварюваних деталей підводять два електроди, на які подають певну напругу. Так як площа електродів значно менше, ніж площа деталей, що зварюються, то при проходженні через всю систему електричного струму в місці зіткнення деталей, що зварюються, "які перебувають під електродами, виділяється велика кількість теплоти. Це відбувається за рахунок великої щільності струму в малому обсязі матеріалу деталей, що зварюються. великі щільності струму розігрівають контактні ділянки до расілавленія певних зон вихідних матеріалів.

При припиненні дії струму температура контактних ділянок знижується, що спричиняє за собою охолодження розплавленої зони і її рекристалізацію. Отримана таким чином рекрісталлізаціонний зона герметично з'єднує однорідні і різнорідні металеві деталі один з одним.

Форма зварного шва залежить від геометричної конфігурації робочих електродів. Якщо електроди виконані вигляді загострених стрижнів, то зварювання виходить точкової. Якщо електроди у вигляді трубки, то зварювальний шов має форму кільця. При пластинчастої формі електродів зварювальний шов має вигляд смуги.

Велике значення для якісної герметизації корпусів приладів електрозварюванням має матеріал, з якого виготовляють робочі електроди. До матеріалу електродів пред'являють підвищені вимоги по тепло- і електропровідності, а також по механічної міцності. Для задоволення цих вимог електроди роблять комбінованими, виготовленими з двох матеріалів, один з яких має високу теплопровідність, а інший механічною міцністю. Широке поширення отримали електроди, підстава яких виготовлено з міді, а сердечник (робоча частина) - зі сплаву вольфраму з міддю.

Поряд з комбінованими використовують електроди, виконані з однорідного металу або сплаву. Так, для зварювання сталевих деталей використовують електроди з міді (М1 і МОЗ) та бронзи (0,4-0,8% хрому, 02-06% цинку, решта-мідь). Для зварювання матеріалів з високою електропровідністю (мідь, срібло і т. П.) Застосовують електроди з вольфраму і молібдену.

Електроди повинні добре прилягати одне до одного по робочим зварюються поверхнях. Наявність дефектів на робочих поверхнях деталей (ризики, вм'ятини, раковини і т. П.) Призводить до нерівномірного розігріву зварюються ділянок деталей і утворенню негерметичного зварного шва в готовому виробі. Особливу увагу слід приділяти кріпленню електродів в електротримачі, так як при поганому кріпленні між ними виникає так зване перехідний опір, яке призводить до розігріву самих електрододер. Електроди повинні бути строго соосни між собою. Відсутність співвісності електродів призводить до виникнення браку при зварюванні.

Якість зварювання в великій мірі залежить від обраного електричного і тимчасового режиму. При малому значенні зварювального струму виділяється теплота виявляється недостатньою для нагріву деталей до температури плавлення металів, що зварюються, в цьому випадку виходить так званий «непровар» деталей. При великому значенні зварювального струму виділяється дуже велика кількість теплоти, яке може розплавити не тільки місце зварювання, а й всю деталь, що пов'язано з «перепал» деталей і виплеск металу.

Велике значення має час проходження зварювального струму через електроди і деталі. Як тільки включається зварювальний струм, в місці контакту починається розігрів деталей, що зварюються, причому точки плавлення досягають тільки поверхневі шари металу. Якщо в цей момент вимкнути струм, то вийде нетривка зварювання. Щоб отримати міцний зварний шов, необхідно час для освіти розплавленого ядра по всій локальному майданчику деталей, що зварюються. Перегрів ядра розплавленого металу призводить до його розростання і виплеску металу назовні. В результаті цього можуть утворюватися раковини, які різко знижують механічну міцність і герметичність зварних швів.

Перед проведенням процесу електроконтактного зварювання всі деталі корпусів інтегральних схем піддають ретельній обробці (промивці, знежирення, травленню, зачистці і т. П.).

Якість зварювання контролюють зовнішнім оглядом і за допомогою поперечних розрізів зварених виробів. Основна увага приділяється механічної міцності і герметичності зварних швів.

Холодне зварювання. Метод герметизації холодним зварюванням широко використовується в електронній промисловості. У тих випадках, коли при герметизації вихідних деталей корпусів неприпустимий їх нагрівання і потрібна висока чистота процесу, застосовують холодне зварювання-зварювання під тиском. Крім того, холодне зварювання забезпечує міцне герметичне з'єднання найбільш часто використовуваних різнорідних металів (міді, нікелю, ковара і стали).

До недоліків даного методу слід віднести наявність значної деформації деталей корпусів в місці з'єднання, що призводить до суттєвої зміни форми і габаритних розмірів готових виробів.

Зміна зовнішнього діаметра корпусу приладу залежить від товщини вихідних зварювальних деталей. Зміна зовнішнього діаметра готового приладу після проведення процесу холодної зварювання

де - товщина буртика верхньої деталі до зварювання; - товщина буртика нижньої деталі до зварювання.

Велике значення для проведення процесу холодної зварювання має наявність на поверхні деталей, що з'єднуються плівки оксиду. Якщо ця плівка пластична і м'якша, ніж основний метал, то під тиском вона розтікається на всі боки і утоньшается, розділяючи тим самим чисті металеві поверхні, в результаті чого зварювання не відбувається. Якщо оксидна плівка більш тендітна і тверда, ніж покриваються нею метал, то під тиском вона тріскається, причому розтріскування відбувається однаково на обох з'єднуються деталях. Забруднення, що були на поверхні плівки, виявляються упакованими по обидва боки в своєрідні пакети, міцно затиснуті з обох боків. Подальше збільшення тиску призводить до розтікання чистого металу до периферійних ділянках. Найбільше розтікання відбувається в серединній площині утворився шва, завдяки чому всі пакети з забрудненнями витісняються назовні, а чисті поверхні металу, вступаючи в міжатомні взаємодії, міцно зчіплюються один з одним.

Таким чином, крихкість і твердість-це основні якості оксидної плівки, що забезпечують герметичне з'єднання. Так як у більшості металів товщина покриття оксидними плівками не перевищує 10 -7 см, деталі з таких металів перед зварюванням нікелюють або хромують. Плівки нікелю і хрому володіють достатньою твердістю і крихкістю і, отже, значно покращують зварене з'єднання.

Перед проведенням процесу холодної зварювання всі деталі знежирюють, промивають і сушать. Для освіти якісного з'єднання двох металевих деталей необхідно забезпечити достатню деформацію, пластичність і чистоту деталей, що зварюються.

ступінь деформації До при холодному зварюванні повинна знаходитися в межах 75-85%:

,

де 2Нсумарна товщина зварювальних деталей; tтовщина зварного шва.

Міцність зварного з'єднання

де Р- зусилля розриву; D- діаметр відбитка виступу пуансона; Н- товщина однієї з деталей, що зварюються з найменшим розміром; -предел міцності на розтягнення з найменшим значенням.

Для деталей корпусів при холодному зварюванні рекомендуються такі поєднання матеріалів: мідь МБ-мідь МБ, мідь МБ-мідь М1, мідь МБ-сталь 10, сплав Н29К18 (ковар)-мідь МБ, ковар-мідь М1.

Критичні тиску, необхідні для пластичної деформації і холодної зварювання, наприклад для поєднання мідь-мідь, складають 1,5 * 10 9 Н / м 2, для поєднання мідь - ковар вони рівні 2 * 10 9 Н / м 2.

герметизація пластмасою. Дорогу герметизацію скляних, металоскляних, металокерамічних і металевих корпусів в даний час успішно замінюють пластмасовою герметизацією. ) У ряді випадків це підвищує надійність приладів і ІМС, так як усувається контакт напівпровідникового кристала з газовим середовищем, що знаходиться всередині корпусу.

Пластмасова герметизація дозволяє надійно ізолювати кристал від зовнішніх впливів і забезпечує високу механічну і електричну міцність конструкції. Для герметизації ІМС широко використовують пластмаси на основі епоксидних, крем-нійорганіческіх і поліефірних смол.

Основними методами герметизації є заливка, обволікання і опресовування під тиском. При герметизації заливкою використовують порожнисті форми, в які поміщають напівпровідникові кристали з припаяними зовнішніми висновками. Всередину форм заливають пластмасу.

При герметизації приладів обволіканню беруть два (або більше) виведення, виготовлених з стрічкового або дротяного матеріалу, з'єднують їх між собою скляною або пластмасовою бусой і на один з висновків напоюють напівпровідниковий кристал, а до іншого (інших) висновку приєднують електричні контактні провідники. Отриману таким чином збірку герметизують обволіканню пластмасою.

Найбільш перспективним шляхом вирішення проблеми збирання та герметизації приладів є герметизація кристалів з активними елементами на металевій стрічці з подальшою герметизацією пластмасою. Перевага цього методу герметизації складається в можливості механізації і автоматизації процесів складання різних типів ІМС. Основним елементом конструкції пластмасового корпусу є металева стрічка. Для вибору профілю металевої стрічки необхідно виходити з розмірів кристалів, теплових характеристик приладів, можливості монтажу готових приладів на друковану плату електронної схеми, максимальної міцності на відрив від корпусу, простоти конструкції.

Технологічна схема пластмасовою герметизації приладу включає в себе основні етапи планарной технології. Приєднують напівпровідникові кристали з активними елементами до металевій стрічці, покритою золотом, евтектичним сплавлені-ням золота з кремнієм або звичайною пайкою. Металеву стрічку виготовляють з ковара, міді, молібдену, стали, нікелю.