vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2022-49-3-6-13vdgtu-1116Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGУлучшение тепловых свойств прибора в процессе формирования контакта с коллекторной областью кремниевого транзистораImproving the thermal properties of the device in the process of forming a contact with the collector region of a silicon transistorКазалиеваЭ.KazalievaE.

 аспирант кафедры теоретической и общей электротехники

 367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, Россия 

 Post-graduate Student, Department of Theoretical and General Electrical Engineering 

 70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia 

kazanova.em@mail.ruШахмаеваА. Р.ShakhmaevaA. R.

 кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и общей электротехники

 367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, Россия 

 Cand.Sci. (Technical), Prof., Assoc.Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering. Electrical Engineering 

70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia

fpk12@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation202207112022493613Copyright © Казалиева Э., Шахмаева А.Р., 20222022Казалиева Э., Шахмаева А.Р.Kazalieva E., Shakhmaeva A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1116Цель

Цель. Целью исследования является улучшение тепловых свойств прибора за счет надежности контакта кристалла полупроводникового транзистора к корпусу и воспроизводимости технологического процесса.

Метод

Метод. Применен способ получения многослойной металлизации обратной стороны кристалла и выбраны наиболее оптимальные технологические режимы его формирования. Проведена проверка параметров надежности присоединения кристалла к корпусу транзистора.

Результат

Результат. Получена послойная металлизация, которая обеспечивает получение прочного контакта с коллекторной областью транзистора и надежную посадку кристалла на основание корпуса. Контроль технологических операций показал 100% распределение припоя по поверхности кристалла, отсутствие пор в припое, улучшение выходных характеристик прибора и повышение процента выходных годных транзисторов.

Вывод

Вывод. Для создания надежного контакта и отвода тепла от коллекторного перехода силовых полупроводниковых транзисторов на обратной стороне пластин необходимо сформировать металлизацию за один технологический цикл, состоящую из четырех слоев металлов (Cr-Ni-Sn-Ag). Техническим результатом исследований является повышения качества посадки за счет получения равномерного распределения слоя металлов Cr-Ni-Sn-Ag в едином технологическом цикле.

Objective

Objective. The objective of the study is to increase the reliability of the contact of the semiconductor transistor crystal to the body and the reproducibility of the technological process.

Method

Method. A method for obtaining multilayer metallization of the reverse side of the crystal has been developed and the most optimal technological modes of its formation have been selected. The parameters of the reliability of the connection of the crystal to the body of the transistor were checked.

Results

Results. Layer-by-layer metallization has been obtained, which provides a strong contact to the collector region of the transistor and a reliable fit of the crystal to the base of the case.The control of technological operations showed 100% distribution of solder over the surface of the crystal, the absence of pores in the solder, the improvement in the output characteristics of the device and the increase in the percentage of output usable transistors.

Conclusion

Conclusion. An analysis of the experimental results showed that in order to create a reliable contact and remove heat from the collector junction of power semiconductor transistors on the reverse side of the plates, it is necessary to form a metallization in one technological cycle, consisting of four layers of metals (Cr-Ni-Sn-Ag). The technical result of the research is to improve the quality of fit by obtaining a uniform distribution of the layer of Cr-Ni-Sn-Ag metals in a single technological cycle.

металлизацияоптимизацияприпойполупроводниковый транзисторкристаллнапылениеконтактколлекторнадежностькорпусmetallizationoptimizationsoldersemiconductor transistorcrystaldepositioncontactcollectorreliabilitypackageReferencesАносов В.С., Гомзиков Д.В., Ичетовкин М.И., Сейдман Л.А., Тычкин Р.И. Исследование процессов пайки кремниевых кристаллов мощных транзисторов в их корпуса // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2017. Т. 20. № 1. С. 51-59.Anosov V.S., Gomzikov D.V., Ichetovkin M.I., Seydman L.A., Tychkin R.I. Issledovaniye protsessov izgotovleniya kremniyevykh kristallov tranzistorov v ikh korpuse. [Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Materialy elektronnoy tekhniki] News of higher educational institutions. Materials of electronic engineering.2017; 20(1): 51-59. (In Russ)Ануфриев Л.П., Емельянов В.А., Кушнер Л.К. и др. // Повышение качества сборки и монтажа интегральных схем // Электронная промышленность. 1990. № 5.С. 11-12.Anufriyev L.P., Yemel'yanov V.A., Kushner L.K. i dr. Povysheniye kachestva sborki integral'nykh skhem [Elektronnaya promyshlennost'] Electronics industry 1990; 5: 11-12. (In Russ)Аронов B.JI., Федотов Я.А.// Испытание и исследование полупроводниковых приборов// Учеб. пособие для специальностей полупроводниковой техники вузов. М.: Высш. шк., 1975. С. 325.Aronov B.Yu., Fedotov Ya.A. Testing and research of semiconductor devices. Proc. allowance for the specialties of semiconductor technology of universities. M.: Higher. School 1975; 325. (In Russ)Горлов М.И., Ануфриев Л.П., Бордюжа О.Л. Обеспечение и повышение надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем в процессе серийного производства.- Минск: Изд-во "Интеграл", 1997.C.390.Gorlov M.I., Anufriev L.P., Bordyuzha O.L. ensuring and improving the reliability of semiconductor and integrated circuits in the process of serial production. Minsk: Integral Publishing House 1997; 390.Громов Д.Г., Мочалов А.И.// Материалы и процессы формирования систем металлизации кремниевых интегральных схем// Уч. пособие. М.: МИЭТ, 2006. С. 180.Gromov D.G., Mochalov A.I. Materials and processes of formation of metallization systems for silicon integrated circuits. Uch. allowance. M.: MIET 2006; 180. (In Russ)Зенин В.В., Колычев А.И., Мешеряков М.В., Спиридонов Б.А.// Никелевые покрытия траверсов корпусов для монтажа изделий электронной техники// Физическое металловедение: Сб. науч. тр. Липецк: Изд-во ЛЭГИ, 2000. С. 111-117.Zenin V.V., Kolychev A.I., Mesheryakov M.V., Spiridonov B.A. Nickel coatings of traverses of housings for mounting electronic products. Physical metallurgy: Sat. scientific tr. Lipetsk: Izd-vo LEGI 2000; 111-117. (In Russ)Зенин В.В., Сегал Ю.Е., Бокарев Д.И.// Пайка кристаллов в изделиях силовой электроники // Интеллектуальные информационные системы: Тез. докл. науч. техн. конф., 23-25 июня 1999 г. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1999. С. 221-222.Zenin V.V., Segal Yu.E., Bokarev D.I. Soldering of crystals in power electronics products // Intelligent information systems: Abstracts. report scientific tech. Conf., June 23-25, 1999. Voronezh: VGTU Publishing House 1999; 221-222. (In Russ)Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р. Транзисторные структуры силовой электроники. СПб.Политехника, 2011. С. 125.Ismailov T.A., Shakhmaeva A.R. Transistor structures of power electronics. St. Petersburg Polytechnic 2011; 125. (In Russ)Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р.//Экспериментальное исследование и оптимизация технологического процесса формирования контакта к коллекторной области кремниевых транзисторов// Базовые процессы формирования активных областей структуры мощных кремниевых транзисторов. Спб.: Политехника, 2009. С. 11.Ismailov T.A., Shakhmaeva A.R. Experimental study and optimization of the technological process of forming a contact to the collector region of silicon transistors. Basic processes for the formation of active regions of the structure of high-power silicon transistors. SPb.: Politekhnika 2009; 11. (In Russ)Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р., Юсуфов Ш.А., Казалиева Э. //Метод формирования контактного слоя титан-германий для термостабилизации транзисторов// Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2020; 47 (4): 49-56. DOI:10.21822/2073-6185-2020-47-4-49-56/Ismailov T.A., Shakhmaeva A.R., Yusufov Sh.A., Kazalieva E. //Method of forming a titanium-germanium contact layer for thermal stabilization of transistors. Herald of the Dagestan State Technical University. Technical Science. 2020; 47(4):49-56. DOI:10.21822/2073-6185-2020-47-4-49-56 (In Russ)Казалиева Э.// Металлизация обратной стороны кремниевой пластины// Сб. трудов по материалам IV Международного конкурса научно-исследовательских работ. Фундаментальные и прикладные аспекты развития современной науки. Уфа, "НИЦ Вестник науки". 2021. С. 35-38.Kazalieva E. Metallization of the reverse side of the silicon wafer// Sat. works based on the materials of the IV International competition of scientific research works. Fundamental and applied aspects of the development of modern science. Ufa, 12. Kazalieva E. Planting transistor crystals on the base of the case. Sat. works based on the materials of the XXIX International Scientific Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists "LOMONOSOV-2022". Moscow: Moscow State University, 2022. (In Russ)Казалиева Э.// Посадка кристаллов транзистора на основание корпуса// Сб. трудов по материалам XXIX Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ-2022». Москва: МГУ, 2022.Klimachev I.I., Litvinova T.V., Sidorenko S.I. Study of the stability of the Cr-Cu-Ni-Au system, with layers obtained by electrolytic deposition. Microelectronics. 1994; 23(2): 91-95. (In Russ)Климачев И.И., Литвинова Т.В., Сидоренко С.И. Исследование стабильности системы Cr-Cu-Ni-Au, со слоями, полученными электролитическим осаждением. Микроэлектроника. 1994, Т.23. Вып.2. C. 91-95.Lashko S.V., Lashko N.F. Soldering of metals. 4th ed., revised. and additional M.: Mashinostroenie, 1988. (In Russ)Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1988.Patent of the Russian Federation No. 2375787. Method of planting a silicon crystal on the base of the housing / T.A. Ismailov, B.A. Shangereeva, A.R. Shakhmaev. Published on 10.12.2009. Bill. No. 34. (In Russ)Патент РФ № 2375787. Способ посадки кремниевого кристалла на основание корпуса/ Т.А. Исмаилов, Б.А. Шангереева, А.Р. Шахмаева. Опубл.10.12.2009. Бил. №34.RF patent No. 2442243. Transistor based on a semiconductor compound / Erofeev E.V., Kagadey V.A., Anishchenko E.V., Arykov B.C., Ishutkin S.V., Nosaeva K.S. No. 2 010144198. Appl. 10/28/2010. Published 02/10/2012. (In Russ)Патент РФ № 2442243. Транзистор на основе полупроводникового соединения / Ерофеев Е.В., Кагадей В.А., Анищенко Е.В., Арыков B.C., Ишуткин С.В., Носаева К.С. №2 010144198. Заявл. 28.10.2010. Опубл. 10.02.2012.Segal Yu.E., Zenin VV, Fomenko Yu.L. Coatings of contact surfaces of crystals and IET cases. Petersburg Journal of Electronics. 2000; 1: 45-51. (In Russ)Сегал Ю.Е., Зенин В.В., Фоменко Ю.Л.// Покрытия контактных поверхностей кристаллов и корпусов ИЭТ // Петербургский журнал электроники. 2000. № 1. С. 45-51.Senko S.F., Belous A.I., Plebanovich V.I.A method of manufacturing a metallization system for silicon semiconductor devices. Patent for invention RU 2333568 C1, 10.09.2008. Application No. 200614979/28 dated 12/04/2006. (In Russ)Сенько С.Ф., Белоус А.И., Плебанович В.И.// Способ изготовления системы металлизации кремниевых полупроводниковых приборов. Патент на изобретение RU 2333568 C1, 10.09.2008. Заявка №200614979/28 от 04.12.2006.Chernyaev V.N. Technology for the production of integrated circuits and microprocessors: Textbook for universities. 2nd ed., revised. and additional M.: Radio and communication. 1987; 464. (In Russ)Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь. 1987. С. 464.Shakhmaeva A.R. Optimization of the technology of planting a silicon transistor crystal on the base of the case. Design and technology of electronic means. 2006; 4: 26-27. (In Russ)Шахмаева А.Р. Оптимизация технологии посадки кристалла кремниевого транзистора на основание корпуса // Проектирование и технология электронных средств, 2006. №4. С. 26-27.Ivanova, Yu. A., Ivanou, D.K., Fedotov A.K. et al. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n-Si(100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template J. Mater. sci. 2007; 42:9163.Ivanova, Yu. A., Ivanou, D.K., Fedotov A.K. et al. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n-Si(100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template // J. Mater. Sci. 2007. V. 42. P. 9163.Pat. 3785892 US. Method of forming metallization backing for silicon wafer. Terry L.E., Wilson R.W. 1972.Pat. 3785892 US. Method of forming metallization backing for silicon wafer / Terry L.E., Wilson R.W. – 1972.Pat. 3785892 US. Method of forming metallization backing for silicon wafer / Terry L.E., Wilson R.W. – 1972.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.