158726. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető elemek forrasztására hordozóhoz
158726 ban is. A felsorolás teljességének igénye nélkül megemlítjük pl. a 3 340 602 USA szabadalmat, ami Sn tartalmú Au ötvözetet a félvezetőtok — ez pl. kovar-iból készülhet — és az állvány összeforrasztására javasolja. Az 1 047 370 angol szabadalom Au—In—Bi ötvözetet ajánl hőérzékeny műanyagokkal kapcsolatos felhasználásra. A 281 894 sz. holland szabadalom olyan megoldást javasol, amelyben a félvezető felületére Ni rétegelt galvánoznak, majd ezen Ni rétegre Au bevonatot visznek fel és az összekötés hőhatására csiak e két réteg kialakítása után történik meg. Forrasztáanyagként használható, többalkotós Plb ötvözeteket cca. 10% Au és néhány százalék In, Sn, Ga tartalommal pl. a 3 140 527 sz. USA szabadalom ír le. Ugyancsak Au elektródákhoz kivezető huzal hozzáforrasztására alkalmas Cd, tartalmú Pb ötvözetet ír le, az 1 164 801 sz. német szabadalom. Találmányunk lényegének kifejtése előtt,. azonban szeretnénk az ismert eljárások néhány nehézségéit megemlíteni, egyszersimint azok kritikáján kívül, találmányunkkal elérhető előnyökre is —• teljesség igénye nélkül — rámutatni. A viszonylag egyszerű félvezető-arany metallurgiai rendszer miatt ugyancsak egyszerű és ezért igen elterjedt eutektikus félf'Orrasztási módszer megvalósítása sem jár probléma nélkül, különösen szilícium félvezető elemek esetében. A probléma az egyenletes, egész forrasztási felületire kiterjedő nedvesítés biztosítása, azaz, hogy az eutektikus összetételű arany-félvezető olvadék a félvezető elem egész forrasztási felületén egyenletesen képződjön és azt egyenletesen vonja be. Ezt jelentősen megnehezíti a szilícium elemek felületét borító igen kemény oxidréteg. Az oxidréteg eltávolítása a jó felfoirrasztás alapvető feltétele. Az automata felforrasztó gépek az oxidréteg eltávolítását mechanikus úton oldják meg. oly módon, hogy vibrátor segítségével a szilicium elemet az aranyréteg vagy lemez felületéhez dörzsölődik. A mechanikus dörzsölés az oxidréteget feltöri és az eutektikus képződés és ezzel együtt a forrasztás megindulhat. Az eutektikum .megjelenését vizuálisan ellenőrzik. Szalagos kályhában az oxidréteg áttörését súlyok segítségével biztosítják. A súly a kazettába helyezett tartót, sziliciumelemet és 'a közben levő arany fóliát szorítja össze. A jó nedvesítés elősegítését míkid az automata gépeknél, mind pedig szalagos kályháknál még azzal is elősegítik, hogy a félvezető elem, arany lemez-tartó rendszert az eutektikum olvadáspontja fölé melegítik kb. 100—160 C°-fcal. Mindezen megoldások azonban nem adnak tökéletes és önmagában megbízható eredményt. Kísérleteinkben — melyek találmányunk lényegéhez vezettek — úgy találtuk, hogy a szokásos és ismert Au—Si rendszer helyett célszerűbb hármas rendszer alkalmazása. Az Au—Si 5 eutelktiikus arány lehető megtartása mellett, olyan harmadik alkotót alkalmaztunk, amely kétalkotós rendszerbén akár Au-wal, akár Sível is jómihőségű forrasztó anyagnak .alkalmas. E célra jónak titánt, berilliumot és krómot ta-10 láltuk. Ezen anyagoknak még az a céljiakiknak megfelelő tulajdonságuk is megvan, hogy a félvezető felülétén levő SÍO2 rétegben beépüléskor, annak szerkezetét lágyítják fellazítják, az j 5 SÍO2 rácsban rácsmódosító kationként hatnak és egyszersmint az Au diffúziója számára a réteget áthatolhatóvá teszik. A forrasztáshoz alkalmazott Au fólia felüle-20 téré visszük fel a jelzett — Ti, Be, Cr — anyagokat vékony néhány száz '— optimálisan 200— 300 Ä •—• Angsträm vastagságban, akár szín fém, akár arany ötvözet alakban. A Ti, Cr, Be felvitele az Au fóliára külön-25 féle ismert pl. vákuumos párologtatásos módszerrel történhet. Majd az így bevont fóliát a bevont felületével a félvezető elemhez illesztjük és az ily módon előkészített arany fóliával már az iparban szokásos (^automata-) gé^0 peiken vagy szalagos kályhákban elvégezhető a tulajdonképpeni forrasztás, tehát a félvezető elem és a hordozó összekötése. Természetes, hogy, a Ti, Be, Cr réteget oly K5 módon is kialakíthatjuk, hogy a félvezető felületét előzően (bevonjuk Ti, Gr vagy Be-vel és ezen rétegre visszük fel az Au bevonatot. De a szóban forgó fémekből álló Au ötvözetet is használhatunk, vagy először a hordozót von-40 juk be Au réteggel és erre visszük fel pl. a Ti réteget sitib. Az elmondottakat a könnyebb megértés végett az alábbi példákkal kívánjuk megvilágítani. 45 a) példa: A szokásos — általában — 99,99% tisztaságú vagy ennél tisztább Au-iból készített 20—50 g0 /x — célszerűen 25/i — vastag fóliára nagy vákuumban (10-6 Hg m /m) 50—500 A — előnyösen — 100—150 A vastagságban titánt párologtatunk, majd az ily módon Ti-al bevont Au fóliát vákuumtérben 10—15 percig 500 C°-ra ._ felmelegítjük. 55 A szalagot ezután megfelelő méretűre daraboljuk, majd automata gépen alkalmazzuk oly módon, hogy a titánnal bevont felülete az elem aranyhordozó rendszeriben a félvezető elem felé legyen. A titán jelenléte az eutektikum képződéshez szükséges időt-előmelegített állványnál — a szokásos 10—20 nap helyett 5—10 mp-re csökkenti, és az egész felületen «-, egyenletes nedvesítést biztosít. Ha az előkészí-60 2
