А.Р. Шахмаева1, Э. Казалиева2

1,2 Дагестанский государственный технический университет (г. Махачкала, Россия)
1 fpk12@mail.ru, 2 kazanova.em@mail.ru

Постановка проблемы. Надежность работы полупроводниковых мощных транзисторов зависит от технологии соединения структуры кристалла транзистора с основанием корпуса. Технология посадки кристалла на основание корпуса может привести к возникновению скрытых дефектов, образующие участки с аномально высоким тепловым сопротивлением под кристаллом. В процессе эксплуатации, в условиях экстремальных термоциклических воздействий, такие приборы могут стать потенциально ненадежными и привести к выходу из строя электронные системы, использующие данный прибор.

Цель. Повысить надежность полупроводниковых мощных транзисторов путем разработки эффективной технологии обработки обратной стороны кремниевых пластин с получением качественного рельефа поверхности пластин, технологии металлизации многослойной композицией металлов, а также технологии посадки полупроводникового мощного транзистора на основание корпуса с применением нового припоя, что позволит уменьшить тепловое сопротивление кристалл-корпус и увеличить процент выхода годных приборов, надежно работающих в экстремальных условиях эксплуатации.

Результаты. Разработана технология пескоструйной обработки обратной стороны кристалла перед металлизацией, позволяющая улучшить качество посадки кристалла за счет исключения появления напряженности поверхности, микротрещин, сколов и кристаллитов в структуре кристалла. Предложена и разработана технология многослойной металлизации обратной стороны кристаллов транзисторов, обеспечивающая качественную посадку с применением легкоплавкого припоя ПОС-5. Выявлена зависимость теплового сопротивления границы между кристаллом структуры транзистора и корпусом от режимов проведения технологических операций посадки кристалла с целью повышения эксплуатационной надежности прибора в экстремальных условиях работы при температурах от –45°C до +85°C.

Практическая значимость. Полученные результаты данного исследования, заключающиеся в разработке технологии обработки, металлизации и посадки кристаллов на основание корпуса с получением прочного механического соединения, надежного электрического контакта с улучшенными тепловыми свойствами, применены при изготовлении кристаллов мощных транзисторов КТ-872 на предприятии полупроводникового производства. Проведены испытания их эксплуатации при высоких и низких температурах, что показало высокие результаты надежности прибора.

Шахмаева А.Р., Казалиева Э. Разработка технологии посадки кристалла мощного транзистора на основание корпуса с улучшенными характеристиками // Наукоемкие технологии. 2023. Т. 24. № 8. С. 5–11. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202308-01

1. Шахмаева А.Р., Казалиева Э. Улучшение тепловых свойств прибора в процессе формирования контакта с коллекторной областью кремниевого транзистора // Вестник ДГТУ. Сер.: Технические науки. Махачкала: ДГТУ. 2022. № 3. С. 6–13.
2. Турцевич А.С. и др. Исследование качества пайки кристаллов мощных транзисторов релаксационным импеданс-спектрометром // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2012. № 5. С. 44.
3. Shakhmayeva A., Kazalieva E. Technology of metallization of the structure of a semiconductor device by a composition of nanosized metal layers. Proceedings of the International Conference “Micro- and Nanoelectronics – 2023”.October 2–6. 2023. Moscow-Zvenigorod. P. 67.
4. Васьков О.С., Кононенко В.К., Нисс В.С. и др. Тепловые параметры, структура и дефектность посадки мощных полевых транзисторов // Труды V Междунар. науч. конф. «Материалы и структуры современной электроники». 10–11 октября 2012. Минск. Беларусь. С. 27–30.
5. Аносов В.С., Гомзиков Д.В., Ичетовкин М.И., Сейдман Л.А., Тычкин Р.И. Исследование процессов пайки кремниевых кристаллов мощных транзисторов в их корпуса // Изв. вузов. Сер.: Материалы электронной техники. 2017. Т. 20. № 1. С. 51–59.
6. Ланин В.Л., Ануфриев Л.П. Монтаж кристаллов IGBT-транзисторов // Силовая электроника. 2009. № 2. С. 94–99.
7. Аносов В. С., Гомзиков Д. В., Пашков М. В., Сейдман Л. А., Тычкин Р. И., Фомин В. М. Исследование технологии монтажа кремниевых кристаллов мощных транзисторов в позолоченные и никелированные корпуса с помощью сплава ПСр−2,5 // Электронная техника. Сер. 2 Полупроводниковые приборы. 2016. № 4 C. 4–10.
8. Ланин В.Л., Керенцев А.Ф. Дефекты паяных соединений при монтаже внешних выводов транзисторов в силовых модулях // Технология электронной промышленности. 2010. № 3. С. 58–63.
9. Cheng Shao, Hua Bao. A molecular dynamics investigation of heat transfer across a disordered thin film // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015. V. 85. P. 33–40.
10. Пат. 2359360 (РФ) МПК H01L21/58. Способ посадки кремниевого кристалла / Т.А. Исмаилов, А.Р. Шахмаева, Б.А. Шангереева. 2009.
11. Шахмаева А.Р., Казалиева Э. Разработка технологии посадки кристалла транзистора на основание корпуса // Проектирования и технология электронных средств. 2022. № 3. С. 3–6.
12. Валев С. Вакуумная пайка в производстве силовой электроники. Современное решение для лабораторного и крупносерийного производства // Силовая электроника. 2006. № 3. С. 104–108.