Соединение твердыми припоями (или эвтектикой)

На первой стадии монтажа кристалл обратной стороной механически прикрепляют к соответствующему основанию. Это прикрепление иногда позволяет создать электрические контакты к обратной стороне кристалла. Один из основных методов монтажа кристаллов является соединение его с корпусом твердыми припоями (или эвтектикой).

Этот процесс является по существу пайкой, где в качестве припоя используют эвтектические сплавы, содержащие кремний. На следующем рисунке показана схема соединения кристалла эвтектикой:

1 - Активная сторона схемы
2 - Плавящаяся таблетка
3 - Металлизация кристалла
4 - Металлизация подложки
5 - Кристалл (Si)
6 - Припой
7 - Подложка (металлическая или керамическая)

При таком способе соединения кристалл металлургически прикрепляют к материалу подложки (обычно металлический выводной рамке, изготовленной из Cu или сплава Fe-Ni, либо керамической подложке, состоящей из 90-95% Al₂O₃). Для обеспечения смачиваемости обратной поверхности кристалла расплавом материала таблетки, которая представляет собой тонкую пластину (обычно толщиной < 0.05 мм) из соответствующего припоя, на обратной стороне кристалла часто создают слой металлизации. Материал подложки обычно металлизируют слоем Ag (выводная рамка) или Au (выводная рамка или керамическая подложка).

Присоединение кристалла припоем к герметизированному корпусу из тугоплавкой керамики или к выводной рамке Ni-Fe обычно производят таблеткой из припоя состава Au или Au-2%Si. В обоих случаях разница значений коэффициентов расширения между кремнием и подложкой относительно невелика. Кроме того, в обоих случаях при механической отмывке соединяемых поверхностей и температуре соединения выше 370 °С (температура плавления эвтектики) материал таблетки реагирует с кремнием. При этом образуется структура эвтектического состава Au+3.6%Si, которая затем обогащается кремнием. Поскольку в составе сложной структуры увеличивается содержание кремния, он затвердевает с образованием соединения кристалла. Во многих случаях для совместимости с другими стадиями процесса необходимы более низкая температура процесса соединения или более вязкий припой.