Сплав для пайки электронных приборов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПЛАВ ДЛЯ ПАЙКИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Купченко Геннадий Владимирович Майонов Александр Владимирович Поко Ольга Александровна Азаркова Екатерина Александровна Буслюк Виктор Вячеславович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Сплав для пайки электронных приборов, содержащий серебро, фосфор и медь, отличающийся тем, что дополнительно содержит олово при следующем соотношении компонентов, мас.серебро 19,30,2 фосфор 3,20,4 олово 40,00,5 медь остальное. Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано для пайки кремния при герметизации стеклянных корпусов электронных приборов. Современные пленочные токопроводящие системы полупроводникового кристалла являются сложными многослойными структурами. Для многих приборов один из слоев выполняет функции припоя. В технологии получения ряда конкретных дискретных полупроводниковых приборов (импульсных диодов, диодов Шоттки, стабилитронов в корпусах типа -35, , ) предусматриваются высокотемпературный монтаж и герметизация. Термическая обработка проводится при температуре 600-650 С с длительностью температурного воздействия до 10 мин. В качестве сплава, выполняющего функцию припоя при пайке полупроводниковых приборов, часто используются серебряные сплавы 1. Так, при герметизации корпусов приборов типа КД-3 (-35) металлизация получается путем нанесения на кремниевую пластину трехслойной пленки с нижним контактным слоем ванадия, промежуточным слоем из серебряного припоя и верхним защитным слоем серебра. Используемые припойные сплавы серии ПСр содержат медь, серебро и фосфор и относятся к т.н. самофлюсующим. 13824 1 2010.12.30 Фосфор обеспечивает восстановление оксида меди и флюсование образующегося спая с частично оксидированной торцевой поверхностью проволочного держателя. Недостатком этих сплавов является высокая температура плавления (интервал кристаллизации 615850 С). С этим связана необходимость проведения процесса пайки при высоких температурах, активизирующих нежелательные диффузионные процессы. Наиболее близким к заявляемому сплаву по технической сущности, его прототипом,является серебряный припой ПСр 15 (серебро - 150,5, медь - 80,21, фосфор - 4,55,0 мас. ) 2. Припой изготавливается в виде проволоки и наносится на пластину методом электронно-лучевого напыления. Сплав для припоя относится к доэвтектическим, за счет этого он плавится в интервале температур, т.е. температура начала плавления - 640 С,окончания плавления припоя - 810 С. Недостатком припоя ПСр 15 является высокая температура плавления. Устранение этого недостатка припойного сплава особенно актуально в связи с переходом на использование в микроэлектронных приборах низкотемпературных стекол фирмы . Этот переход позволяет снизить температуру герметизации корпусов типа КД-3 (-35) с 840-780 С до 640-600 С, уменьшить тепловое воздействие на кристалл, что повышает надежность и качество выпускаемых изделий. Проведение процесса герметизации при температурах 600 С с использованием ПСр 15 из-за повышенной температуры плавления припойного сплава не обеспечивает надежный диффузионный спай. Повышение температуры нежелательно ввиду усиления взаимной диффузии основного металла и припоя и нежелательного снижения переходного электрического сопротивления. Это отрицательно сказывается на электрическом контакте кристалл-держатель при повышенной ( 125 С) температуре эксплуатации электронного прибора, что может привести к возникновению такого вида отказов, как переменный контакт, особенно важный для изделий ответственного назначения. Задачей настоящего изобретения является снижение температуры плавления сплава для пайки электронных приборов. Поставленная задача достигается тем, что сплав для пайки электронных приборов, содержащий серебро, фосфор и медь, дополнительно содержит олово при следующем соотношении компонентов, мас.серебро 19,30,2 фосфор 3,20,4 олово 40,00,5 медь остальное. Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что за счет введения олова меняются система сплава и его фазовый состав. Меняется тип сплава, так как сплав кристаллизуется по иному механизму - перитектическому. Кристаллизация и плавление перитектических сплавов происходят при постоянной температуре. Перитектические сплавы в любой системе плавятся при более низкой температуре, чем относящиеся к фазовым областям твердых растворов (к которым относится ПСр 15). Кроме того, перитектические сплавы кристаллизуются в узком интервале температур, что обеспечивает им высокую жидкотекучесть. Немаловажным преимуществом предлагаемого сплава для пайки электронных приборов является повышение качества и долговечности чипов до операции герметизации в неприпаянном состоянии. Это обусловлено снижением окисляемости слоя припоя за счет наличия в его составе повышенного количества серебра по сравнению с известным сплавом. Концентрационные интервалы и соотношение компонентов регламентируются, в первую очередь, необходимостью получить сплав, кристаллизующийся по перитектическому механизму. 13824 1 2010.12.30 Введение олова в количестве, превышающем 40,5 мас.или меньше 39,5 , выводит сплав из перитектической области. Это препятствует снижению температуры плавления сплава по сравнению с прототипом. В лаборатории литых композиционных материалов ГНУ ФТИ НАН Б изготовлен ряд экспериментальных образцов распылительных мишеней из сплавов заявляемого состава. Плавка шихты заданного состава проводилась в индукционной установке для плавки и разливки цветных металлов марки ИСВ ПИМ 0,001. После создания вакуума 510-1 мм.рт. ст. камера установки заполнялась аргоном, после чего металл нагревался до температуры 700750 С и выдерживался в расплавленном состоянии в течение 5 мин для полного растворения компонентов. Расплав заливался в графитовый кокиль с конфигурацией,максимально приближенной к габаритам мишени. Температура плавления полученных сплавов приведена в таблице. На РУПП З-д Цветотрон с применением изготовленных в ГНУ ФТИ НАНБ мишеней из припойных сплавов заявляемого химического состава изготовлена и испытана на соответствие ОТУ ГОСТ 20.57.406-81 и ЧТУ КБЮЖ 432123.006 Д 2 экспериментальная партия приборов со стеклянными корпусами. Результаты испытаний приведены в таблице. Количество отказов экспериментальных Температура приборов при темпеплавления, С ратурах 125 С 150 С 650 1 590 600 610 680 2 640-810 более 5 Сравнение с приборами, в герметизации которых использован известный припой ПСр 15, показывает, что предлагаемый сплав обеспечивает возможность повышения максимальной температуры среды при эксплуатации прибора до 150 С. Выход годных приборов при этом не снижается. Из приведенных данных видно, что заявляемый состав припоя характеризуется по сравнению с прототипом более низкой температурой плавления. Его использование приводит к снижению количества отказов за счет повышения качества герметизации, что обеспечивает повышение температуры эксплуатации прибора. Источники информации 1. Малышев В.М., Румянцев Д.В. Серебро. - . Металлургия, 1987. - С. 320. 2. ГОСТ 19738-74. Припои серебряные. Марки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3