147223. lajstromszámú szabadalom • Félvezető eszközök tokjainak lezárása elektromos forrasztással
Megjelent 1960. július 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 147.223. SZÁM 21. h. 29—32. OSZTÁLY — EE-673. ALAPSZÁM SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY Félvezető eszközök tokjainak lezárása elektromos forrasztással Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt., Budapest Feltaláló: Porubszky Jenő technikus, budapesti lakos A bejelentés napja: 1959. május 27. Mint ismeretes, félvezető eszközök, pl. tranzisztorok, stb. rendkívül érzékenyek atmoszférikus, vegyi, valamint hőhatásokkal szemben. Ezért szükséges azok tokjainak légmentes lezárása. Az egyik legegyszerűbb és legkézenfekvőbb lezárási mód a tokok leforrasztása. Tekintve a félvezető eszközök hőhatások rendkívüli érzékenységét, természetesen csak az alacsony olvadáspontú lágyforraszok jöhetnek számításba. Leginkább az ón és annak ötvözetei alkalmasak erre a célra. Ezen forrasztóanyagok azonban azzal a hátránnyal rendelkeznek, hogy felületük szabad levegőn oxiddalJ .vonódik be, mely felületi oxidréteg akadályozza a jól kötő forrasztás létrehozását. Ezen a hátrányon dezoxidáló anyagok alkalmazásával szokás segíteni, amelyek azonban olyan gőzöket fejlesztenek, melyek a félvezető eszközt tönkreteszik. Ennek meggátlására szokás a félvezető' kristályt szilikonlakkal bekenni és az egész félvezető szerelvényt szilikonzsírba ágyazni. Azonban két okból ez is hátrányos. Egyrészt a szilikónzsír és a szilikonlakk bizonyos idő múlva tönkreteszik a félvezető szerelvényt, másrészt ezen szilikonzsírba való ágyazás gépesítése komoly nehézségekbe ütközik, s így a tömeggyártásra kevésbé alkalmas. Mindezen nehézségek elkerülése végett a lágyforrasztásos toklezárásnak egy olyan módszerét dolgoztuk ki, amelynél dezoxidáló anyag használata nem szükséges, s amellett technológiája biztosítja a jó forrasztás létrejöttét. Ez a találmány szerinti eljárás abból áll, hogy a forrasztandó felületeket (a tranzisztortokok peremeit) a szokásos módon (tehát dezoxidáló anyag használatával) előre ónozzuk, majd a dezoxidáló anyag nyomainak teljes eltávolítása és a szükséges szerelvények behelyezése után az elő-ónozott felületeket egymáshoz: fektetve átfolyó árammal a forrasz olvadásáig melegítjük, tehát egybeolvasztjuk. Azonban az elektromos forrasztással is járnak együtt különféle nehézségek. Az összeforrasztandó felületeket előre beónozva és rajtuk áramot átvezetve, kis felületen szükséges olyan hőköncentrációt elérni, hogy a forrasztóanyag megolvadjon és biztos kötést hozzon létre az összeforrasztandó felületek között, ugyanakkor a félvezető tok többi része még olyan hőmérsékleten maradjon, amely nem ártalmas a félvezető szerelvényre. Körszimmetrikus hegesztőpofák alkalmazása esetében és egyenletesen eloszló nyomás mellett a hegesztőpofák aránylag kis erővel való egymáshoz szorítása esetén a forrasztóónos felületek egymással érintkező része aránylag kicsi marad. Ezeken a kicsi felületeken nagy áramsűrűség lép fel és ez az ott levő forrasztóónt gyakran elgőzölögteti és kifújja a forrasztandó felületek közül. Ekkor a vasalkatrészek közvetlen elektromos érintkezésbe kerülnek egymással és lesöntölik a többi peremrészt és így ezeken helyenként az olvadás be sem következik. Természetesen tehát; hogy így nem keletkezhet biztos vákuumzáró forrasztás. Ha a pofákat nagy erővel (20—25 kg/cm2 ) szorítják egymásnak, az ónfelületek nagy része egymáshoz deformálódik és az, átmenő keresztmetszet nagyon kis átmeneti ellenállást ad. Ebben az esetben a helyi melegfejlődés kevés az ón megolvadásához, az ón változatlanul marad a hegesztőgép pofái között és helyette a szekundér áramkör többi része melegszik. Ez a mód is alkalmatlan a forrasztásra. Találmányunk célja az, hogy a félvezető eszköz tokjának leforrasztását elektromos úton megvalósítsa. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy kis, 2—3 mm2 nagyságú felületek esetében az olvadás szabályosan bekövetkezik és ismételten végrehajtva is egyforma lefolyású. Kézenfekvő tehát a „vonalhegesztéses" olvasztás alkalmazása, mely esetben a melegfejlődés mindig csak egy pontban lép fel és ez a pont halad tova. Találmányunk eljárás félvezető eszközök tokjainak légmentes lezárására elektromos úton történő forrasztás segítségével, azzal jellemezve, hogy a
