Tehnologie Electronica Curs6

transcript

ELABORAREA SILICIULUI I REALIZAREA PLACHETELOR SEMICONDUCTOARE

Tehnologia tranzistoarelor discreteTehnologie electronic - Curs 6

Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare care n funcie de tipul purttorilor de sarcin se mpart n: bipolare i cu efect de cmp sau unipolare. Tranzistoarele discrete sunt dispozitivele electronice, avnd caracteristicile i parametrii specifici tipului de tranzistor, la care structurile semiconductoare sunt introduse n capsule prin care se pot conecta n circuite electronice ca elemente de sine stttoare.

Tehnologie electronic - Curs 6

Tehnologia tranzistoarelor bipolareTranzistoarele bipolare sunt dispozitive electronice cu dou jonciuni care funcioneaz pe baza injeciei de purttori din emitor prin baz spre colector. Una dintre jonciuni este puternic asimetric, din punct de vedere al doprii cu impuriti, adic n+p la tranzistorul npn, respectiv p*n la tranzistorul pnp. Aceast jonciune corespunde zonei emitor - baz, iar cealalt este jonciunea baz - colector. Deoarece, la funcionarea acestor tranzistoare i aduc contribuia att a purttori majoritari, ct i cei minoritari, aceste dispozitive se ntlnesc sub denumirea de tranzistoare bipolare. Tehnologia tranzistoarelor bipolare necesit un numr mai mare de operaii dect n cazul diodelor semiconductoare, deoarece se cer realizate trei zone: de emitor, de baz i de colector, dar mai ales din necesitatea de a obine parametrii electrici cerui la nivelul microstructurii.Tehnologie electronic - Curs 6

Tehnologia tranzistoarelor bipolareTehnologiile actuale sunt variate i complexe, avnd o serie de particulariti n funcie de caracteristicile funcionale ale tranzistoarelor realizate. La producerea unui tranzistor bipolar trebuie ca n primul rnd s se obin eficiena emitorului. Pentru aceasta este esenial ca doparea emitorului s fie mai mare dect cea a bazei. ntru-ct fctorul de transport al sarcinilor prin zona bazei trebuie s fie aproape unitar, rezult urmatoarea condiie care trebuie s fie ndeplinit:

unde:wb= grosimea bazei;Ln,p= lungimea de difuzie a electronilor, respectiv a golurilor; Dn,p = constanta de difuzie a electronilor, respectiv a golurilor; n,p = durata de via a electronilor, respectiv a golurilor. Tehnologie electronic - Curs 6

Tehnologia tranzistoarelor bipolaren funcie de tehnologia de fabricaie tranzistoare bipolare discrete se pot clasifica n:tranzistoare aliate, realizate prin procese de aliere - tehnologie specific tranzistoarelor cu germaniu;tranzistoare simplu difuzate realizate prin difuzarea simultan a impuritilor pe ambele fee ale unei plachete semiconductoare dopate iniial;tranzistoare dublu difuzate realizate prin dou difuzii succesive ntr-un substrat iniial dopat (difuzia bazei i apoi difiizia de emitor);tranzistoare planar epitaxiale se realizeaz ca i cele dubiu difuzate cu difuziile realizate ntr-un strat epitaxial slab dopat depus pe un substrat puternic dopat; acestea sunt foarte rspndite n construcia tranzistoarelor de semnal mic precum i a celor de putere;tranzistoare planare dublu i triplu epitaxiale difuzate se caracterizeaz printr-o rezistivitate mare a regiunii de colector (rezistivitatea zonelor epitaxiale), dar cu rezistena de colector redus (rezistivitatea substratului mic), fiind folosite ca tranzistoare de putere cu tensiuni de colector mari.

Fig. 6.1 Structura unui tranzistor planar dublu difuzat a) tip npn, b) tip pnp

Procedee de fabricaieLa realizarea tranzistorelor discrete se folosesc mai multe tipuri de materiale semiconductoare: Ge, Si, GaAs i n funcie de acestea diferite procedee de fabricaie. Deoarece n prezent cel mai utilizat material semiconductor este siliciu n cele ce urmeaz se vor face referiri n special la acest material i la tehnologia planar. Aceast tehnologie este specific siliciului constnd n efectuarea impurificrilor controlate numai pe o singur fa a plachetelor semiconductoare folosind tehnica litografic i ecranarea cu ajutorul straturilor protectoare i n special a Si02. Tehnologia planar se caracterizeaz prin flexibilitate: posibilitatea de a realiza diferite forme ale emitorului i de a modifica uor concentraia de impuriti din jonciuni, permite realizarea tranzistoarelor de semnal i a celor de putere. Tehnologie electronic - Curs 6

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTranzistoarele bipolare cu siliciu de mic i medie putere se fabric n varianta pianar (dubiu difuzate) i planar-epiaxial. Rezistivitatea electric a materialului semiconductor este p=102 Q m pentru tranzistoarele planare i p=0,5 5 Q m pentru tranzistoarele planar-epitaxiale. Tranzistoarele planar-epitaxiale au performane mai bune dect cele planare cum ar fi tensiunea de saturaie cu valori mai mici, respectiv ~0,3 V fa de UCEsat 1 V la cele planare.Grosimea plachetelor este de n jur de 0,3 mm pentru tranzistoarele difuzate i de 0.2 mm (120+160 ^m) pentru tranzistoarele planar-epitaxiale.

Tranzistoare difuzate i epitaxialePrincipalele etape ale tehnologiei unui tranzistor planar dublu difuzat sunt prezentate n figura 6.2. n prima faz se realizeaz jonciunea baz - colector (difuzia bazei), iar apoi jonciunea emitor-baz (difuzia emitorului) n interiorul difuziei de baz. Contactul de colector se realizeaz pe partea inferioar a cipului (substrat).

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.2 Principalele etape ale tehnologiei unui tranzistor dublu difuzat planar

Tranzistoare difuzate i epitaxialeOperaiile tehnologiei tranzistorului dublu difuzat de tip npn, reprezentat n figura 6.2, pot fi rezumate la urmtoarele:curirea substratului - placheta de Si (wafer) monocristalin dopat n\oxidarea termic a unui strat de oxid cu grosimea 2^m (fig. 6.2.a);fotolitografie 1 (masca 1) - deschiderea ferestrei pentru difuzia bazei: expunere, corodarea statului de Si02; predifuzia atomilor de bor; difuzia atomilor de bor n atmosfer oxidant (fig. 6.2.b);reoxidare i fotolitografie 2 (masca2) - deschiderea ferestrei pentru difuzia emitorului; expunere, corodare, difuzia emitorului prin impurificare cu fosfor schimbndu-se tipul doprii (dinp n n+) (fig. 6.2.c);reoxidare i fotolitografie 3 (masca3) - deschiderea ferestrelor pentru contactele ohmice (fig, 6.2.d);metalizare neseiectiv (Al pur (Iim) pe faa superioar (fig. 6.2.e)); metalizarea zonei de colector, a prii inferioare cu Au-Sb sau Au-Ni i corodarea (gravarea) stratului metalic (cu excepia zonelor de contact); (fig. 6.2.f).

Tranzistoare difuzate i epitaxialeCerinele impuse proceselor de fabricaie pentru realizarea de tranzistoare bipolare cu caracteristici electrice ridicate sunt urmtoarele:realizarea unor rezistene de colector de valoare ct mai mic; este necesar a se realiza o zon de colector puternic dopat i o cale de acces la colector de rezisten ct mai mic;se cere realizarea unei zone de baz cu dopaj slab, de grosime suficient de mare pentru obinerea unei capabiliti n tensiune a jonciunii colector-baz suficient de mare;rezistena de baz s fie ct mai mic i de grosime redus pentru a nu limita rspunsul n frecven;emitorul trebuie sa fie foarte puternic dopat (eficiena injeciei);gradul de dopare a bazei intrinseci s fie perfect controlat; gradul de dopare al bazei mpreun cu dopajul emitorului, determin ctigul tranzistorului.

Tranzistoare difuzate i epitaxialen procesele tehnologice folosite la realizarea tranzistoarelor bipolare grosimea w a bazei nu este un parametru de proces. n tehnologia planar grosimea bazei rezult ca diferen dintre adncimea difuziei de baz i cea a difuziei emitorului, aa cum se poate observa din repartiia n adncime a concentraiei de impuriti la un tranzistor dublu difuzat (fig. 6.3).

Fig. 6.3 Profilul de dopare al tranzistorului dublu difuzat

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTranzistoarele bipolare de putere se caracterizeaz prin jonciuni cu suprafee mari pentru a permite conducia curenilor de colector pentru care au fost destinate (zeci de A) i o ncapsulare care s permit evacuarea energiei disipate. Dezvoltarea actual a acestui domeniu se face n dou direcii: tranzistoare de putere de frecvene mari i tranzistoare de putere de tensiuni ridicate. Pentru tranzistoarele de nalt tensiune este necesar ca jonciunea baz - colector s aib tensiunea invers suficient de mare (o capabilitate mare n tensiune). Acest lucru se asigur prin existena unei baze groase i printr-o dopare slab a zonei de colector (colectorul activ). n acest caz, datorit bazei groase frecvena de lucru este redus, iar rezistena serie de colector are valoare mare datorit impuriflcrii slabe a zonei de colector. In scopul reduceri rezistenei dintre colectorul activ i contactul metalic (terminal) la tranzistoarele de putere se folosesc unul sau mai multe straturi epitaxiale cu grad de dopare cresctor de la zona de colector activ nspre substrat (fig. 6.4.C).

Tranzistoare difuzate i epitaxialePrincipalele tipuri de tranzistoare de putere realizate n tehnologia planar sunt: Tranzistorul dublu difuzat planar (fig. 6.2) se obine prin difuzia bazei urmat de difuzia emitorului. Rezistivitatea colectorului depinde de doparea iniial a plachetei n care s-a efectuat difuzia (fig. 6.3).Tranzistorul epitaxial planar (fig. 6.4.a) are regiunea de colector de rezistivitate mare (stratul epitaxial), iar substratul este puternic dopat (cu rezistivitate mic).Tranzistorul dublu epitaxial planar (fig. 6.4.b) are regiunea de colector de rezistivitate mare n (stratul epitaxial 1- slab impurificat) urmat de un strat de rezistivitate medie n (stratul epitaxial 2- mediu impurificat), straturi crescute pe un substrat puternic impurificat n cu rezistivitate mic. Tranzistorul triplu epitaxial planar are regiunea de colector realizat din trei straturi epitaxiale crescute unul peste cellalt. e) Tranzistoare overlay sunt tranzistoare dublu difuzate epitaxiale cu o structur unic de baz n care se gsesc un numr mare de emitoare separate conectate ntre ele prin regiuni difuzate i metalizateTehnologie electronic - Curs 6

Tranzistoare difuzate i epitaxialeCaracteristicile straturilor epitaxiale sunt urmtoarele:primul strat este puternic dopat (grosime de 10 um i o rezistivitate mic p2 cm) are rolul de a reduce tensiunea Ucesatal doilea strat epitaxial este mediu dopat (grosimea de 22 \im i rezistivitate p7 cm);al treilea strat epitaxial slab dopat (grosimea de 30 um i rezistivitate p 50 cm) are rolul obinerii unei tensiuni de colector de valoare mare.

Fig. 8.4. Seciuni prin tranzistoare epitaxiale tip npn a) Tranzistor epitaxial dublu difuzat, b) Tranzistor npn dublu epitaxial i dublu difuzat, c) Seciune prin zona marcat a tranzistorului de la pct b

Tranzistoare difuzate i epitaxialeConstrucia vertical a structurii tranzistorului bipolar, realizat n tehnologia planar, face ca circulaia curentului de colector s fie perpendicular pe curentul de baz. La aplicarea unei tensiuni UBE > curentul de baz IB strbate zona cu rezistena intern rB pn la contactul electric al bazei, aa cum se indic n figura 6.5. La cureni mari, o parte curentului de emitor IE se repartizeaz la periferia emitorului (fig. 6.5).

Tranzistoare difuzate i epitaxialeTehnologie electronic - Curs 6Fig. 6.5 Procesul de conduciie la tranzistoarele de putere

Tranzistoare difuzate i epitaxialeDin aceast cauz se impune, n special la tranzistoarele de curent mare, ca prin construcie s se asigure un bun raport dintre perimetrul i aria emitorului, aa cum se indic n figura 6.6.a. Fenomenul de concentrare a liniilor de curent la periferia emitorului i necesitatea obinerii de capaciti parazite mici, determin geometria emitorului (structur multiemitor) pentru tranzistoarele de nalt frecven - structura de pieptn cu mai multe emitoare conectate n paralel.

Fig. 6.6 Geometria emitorului pentru tranzistoarele: a) de putere, b) de nalt frecven

Tranzistoare difuzate i epitaxialeLa realizarea tranzistoarelor de frecven i de putere este utilizat i varianta de divizare a suprafeei emitorului ntr-un numr mare de suprafee individuale. Prin aceast divizare se reduc capacitile parazite ale jonciunilor i influena cderilor de tensiune n regiunea lateral a bazei. n figura 6.7 se prezint principiul de divizare a suprafeei emitorului la un astfel de tranzistor.

Tranzistoare difuzate i epitaxialeSuprafaa cipului corespunztor acestui tranzistor cu excepia ferestrelor (ptratele albe) se supune unei difuzii de tip p+ (fig. 6.7.a). Urmeaz o difuzie de tip p n zona ferestrelor rmase neimpurificate i apoi difuzia emitoarelor n+ (fig. 6.7.b). Conectarea n paralel a structurilor astfel realizate se obine dup metalizare i corodare (fig. 6.7.c). Varianta (fig. 6.6) aceasta este cunoscut i sub numele de structur "multiemitor".

Fig. 6.7 Structura unui tranzistor de putere n tehnologia "Overlay"

Tranzistoare bipolare implantate ionicImplantarea ionic, n combinaie cu metoda difuziei, prezint avantaje substaniale la fabricarea tranzistoarelor bipolare cum ar fi: mbuntirea unor parametri electrici, reproductibilitatea structurilor realizate i creterea productivitii operaiilor tehnologice. Prin implantare ionic se pot realiza straturi impurificate cu grosimi foarte mici, ceea ce permite realizarea de jonciunilor subiri (w0,1 um) necesare pentru realizarea bazelor tranzistoarelor de nalt frecven. n acest scop, se realizeaz mai nti emitorul, prin difuzie sau implantare de arseniu i apoi baza, prin implantarea ionilor de bor.

Tranzistoare bipolare implantate ionicTehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.8 Structura unui tranzisor npn obinut prin dubl implantare

Tranzistoare bipolare implantate ionicEmitorul se obine prin implantarea ionilor de arseniu (ioni As - n+ cu energia WE=100 keV), dup care se aplic un tratament termic (la T=1000C timp de 15+30 minute). Adncimea de ptrundere a emitorului, realizat n aceste condiii este aproximativ egal cu 0,3 pm. Regiunea activ a bazei se obine prin implantarea de bor (ioni B cu energia WE=200 keV), dup care se aplic un tratament termic (la T=850C timp de 20 minute). Parcursul nominal la aceast energie este Rn 0,55 um, astfel c aproape tot borul implantat se afl sub emitor i contribuie ia doparea bazei. n stratul epitaxial se efectueaz o difuzie de tip p+ (difuzant B) n scopul obinerii stratului cu conductivitate ridicat pentru contactul bazei (baza inactiv).

Tranzistoare bipolare implantate ionicLa implantarea bazei cu As se pot obine tranzistoare bipolare cu grosimi foarte mici ale bazei (w0,05 p.m), ceea ce le permite funcionarea la frecvene de ordinul GHz. n scopul obinerii unei grosimi foarte mici a bazei se formeaz nti emitorul prin difuzie sau prin implantarea As i apoi se realizeaz baza prin implantarea ionilor de B. Ionii implantai, avnd energi bine stabilite, penetreaz zona emitorului i se localizeaz pe o grosime w necesar bazei active a tranzistorului. n figura 6.9 se prezint seciunea transversal ntr-un tranzistor npn cu emitorul difuzat i baza subire, structur obinut prin implantare ionic. Tehnologie electronic - Curs 6

Tranzistoare bipolare implantate ionicn scopul reducerii rezistenei intrinseci a bazei ntre contactul electric i zona activ a bazei se realizeaz n lateral dopri suplimentare de tip p+ i /p++ (fig. 8.9). Parametrii tranzistoarelor obinute prin implantare ionic sunt superiori fa de parametrii tranzistoarelor similare, obinute prin difuzie, dar costurile sunt mai ridicate.

Tranzistoare bipolare implantate ionicTehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.9 Structura unui tranzisor npn cu emitor difuzat i baza implantat

Tehnologia tranzistoarelor cu efect de cmp

Tranzistoarele cu efect de cmp (cu abrevieri FET sau TEC, MOS=Metal Oxid Semiconductor sau MOSFET) sunt dispozitive electronice care funcioneaz pe principiul modificri conductivitii electrice a unui canal situat ntre doi electrozi (surs i drena) sub influena unui cmp electric (creat de ctre cel de-al treilea electrod=poart sau gril) ce acioneaz asupra acestui canal. Conducia electric n canal are loc numai prin purttori majoritari. De aici, deriv i denumirea acestor dispozitive electronice de tranzistoare unipolare.

Fig. 6.10 Structura unui tranzistor cu efect de cmp

Structura MOS cu dou jonciuni laterale (fig. 6.10) poate fi considerat ca fiind format din dou diode cu poart comun. Substratul fiind de tip p, la suprafaa siliciului sub gril se formeaz un strat de inversie (canal) n care purttorii de sarcin vor fi electronii. Lrgimea canalului crete i odat cu aceasta crete conductivitatea sa atunci cnd are loc creterea potenialului grilei fa de substrat sau fa de surs.

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSTehnologia clasicProcedeul clasic de realizare a tranzistorilor MOS cu canal n sau p cu mbogire presupune realizarea ntr-un substrat de tip opus fa de cel al canalului: tip p pentru canal n i n pentru canal p, a celor dou zone puternic dopate (+, sau p*) reprezentnd sursa i drena. Grila se izoleaz fa de canal prin intermediul stratului de oxid de siliciu, care trebuie sa aib caliti electrice bune. n finalul procedeului de fabricaie se realizeaz zonele de contact pentru grila, surs i drena.

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSSuccesiunea principalelor etape tehnologice, [7] este urmtoarea :curarea substratului;oxidare groas de mascare, pentru doparea sursei i drenei;fotolitogrfie 1 pentru realizarea deschiderilor sursei i drenei;dopare n+cu fosfor sau p+ cu bor (prin difuzie sau implantare ionic);fotolitografie 2 pentru realizarea deschiderii zonei de canal;oxidare fin (realizarea oxidului de gril);ajustarea tensiunii de prag VTi prin implantare ionic de bor (pentru canal p) sau cu fosfor sau cu arseniu (pentru canal n);fotolitografie 3 pentru deschiderile contactelor de surs i drena;depunere de aluminiu;fotolitogravarea aluminiului i obinerea contactelor;recoacere final, n forming-gaz (amestec de azot i hidrogen 10%), pentru mbuntirea calitii contactelor.

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSAcest procedeu simplu care permite realizarea de tranzistoare MOS cu canal longitudinal corespunde primelor procedee MOS aplicate n practica industrial. n cadrul acestei tehnologii se remarc existena diferitelor etape de fotolitografie n care elementele geometrice cum ar fi lungimea canalului rezult corect numai printr-o bun aliniere a mtilor. n cadrul acestei tehnologi de fabricaie este frecvent fenomenul de acoperire de ctre contactul grilei a unei pri din surs sau din drena. Aceast acoperire d natere unor capaciti parazite care afecteaz n sens negativ caracteristicile acestor tranzistori. Tranzistoarele realizate n cadrul tehnologiei prezentate sunt, n general, tranzistoare de semnal (de cureni i de tensiuni reduse).

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSProcedee de reducere a dimensiunilorPentru a reduce dimensiunile tranzistorilor a fost necesar s se gseasc metode de poziionare a grilei n raport cu sursa i drena. Tehnicile prin care se realizeaz dispunerea unor elemente structurale n poziiile dorite, n raport cu configuraiile existente pe plachet, fr a apela la alinierea convenional a unei mti litografice se numesc de autoaliniere .

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSProcesul de fabricaie a unui tranzistor MOS cu autoaliniere const n utilizarea unui strat de polisiliciu cu rol de ecran (ntre drena i surs) n procesele de impurificare controlat (difuzie sau implantare), aa cum se indic n figura 6.12.Pentru a-i ndeplini rolul de ecran stratul de polisiliciu (POLY) folosit trebuie s fie suficient de gros. Astfel, la implantarea borului cu o energie We=100 keV i la temperatura intei T=475C stratul de polisiliciu este de aproximativ 4 j^m . Stratul de polisiliciu puternic impurificat are n acelai timp i conductivitate electric bun, acesta putndu-se utiliza pentru realizarea contactului grilei.

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSTehnologie electronic - Curs 6

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSPentru realizarea tranzistoarelor cu dimensiuni submicronice (lungime de canal de 0,1 m) este necesar execuia unor jonciuni de drena i de surs de foarte mic grosime (maxim cteva zecimi de micron). Realizarea contactelor pe aceste zone foarte mici este extrem de delicat, ntruct se formeaz uor defecte de tip "pipa", care creeaz scurtcircuite ntre electrozi i zona de canal. Soluia tehnologic folosit const n a nal sursa i drena printr-o epitaxie selectiv. Se realizeaz apoi un strat de siliciur deasupra, pentru reducerea rezistenelor de contact. Seciunea printr-un tranzistor nMOS realizat n cadrul tehnologiei submicronice este prezentat n figura 6.13

Fig. 6.13 Tranzistor nMOS realizat n tehnologie submicronic

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSTehnologii pentru tranzistoare MOS neconvenionalePentru a suporta tensiuni mari, trebuie ca distana dintre zona de canal i drena s fie suficient de mare pentru a permite zonei de sarcin spaial s se ntind, pentru a evita fenomenul de avalan (multiplicarea purttorilor de sarcin prin ionizare).. Zona de sarcin spaial poate fi extins fie lateral, ca n cazul tranzistorilor DMOS avnd contactul de drena mult decalat, fie vertical (fig. 6.14).

Fig. 6.14 Structura unui tranzistor MOS de putere cu canal vertical (DMOS)

Procedee de fabricaie ale tranzistoarelor MOSConceptul iniial de tranzistor MOSFET cu canal V este prezentat n figura 6.15. Canalul, la acest dispozitiv, este realizat printr-o corodare selectiv prin dou regiuni dublu difuzate n+ i p n cazul tranzistorului VMOS n zona grilei se realizeaz un an n form de V, folosind tehnicile de gravare anizotrop a siliciului. Dac substratul are orientarea cristalin , feele structurii de form V vor avea orientarea cristalin .

Fig. 6.15 Structura unui tranzistor VMOS

ncapsularea tranzistoarelor Montajul cipuluiPlachetele semiconductoare prezint adesea grosimi necorespunztoare pentru prelucrarea ulterioar. Reducerea grosimii plachetelor semiconductoare este necesar din urmtoarele considerente:reducerea rezistenei electrice;creterea conduciei termice;uurarea separrii cipurilor individuale;Reducerea grosimii plachetelor se realizeaz prin procedee de lepuire sau prin lefuire n combinare cu procedee de corodare chimic.

ncapsularea tranzistoarelor Separarea cipurilorPlachetele conin un numr de cipuri care pentru montaj n capsule trebuiesc separate. Pentru a permite aceasta cipurile individuale sunt separate unele de altele prin "zonele de zgriere" sau "intercip" cu limi cuprinse ntre 50 pn la lOOum.Pentru separarea cipurilor se folosesc urmtoarele procedee:zgrierea i ruperea;prelucrarea cu fascicol laser i rupere;tierea.

ncapsularea tranzistoarelor La procedeul de zgriere se folosete un vrf de diamant acionat cu presiune redus prin partea de mijloc, care separ o structur de alta, a zonei Mintercip" (fig. 6.17). Pe prile laterale ale zonei trasate cu vrful de diamant se produce, pe o lime de civa microni, o zon de defect. Dup ce zonele de separare ale cipurilor (zone intercip) de pe plachetele semiconductoare au fost trasate prin zgriere, plachetele se trec prin valuri de cauciuc obinndu-se separarea prin rupere a cipurilor individuale.

ncapsularea tranzistoarelor La procedul de prelucrare cu laser se folosete un fascicol de laser focalizat, care topete materialul semiconductor n zonele de separare a structurilor. Pe prile laterale ale traseului n care a acionat fascicolul radiaiei laser se produce o zon de defect pe lime de civa microni. Zona de defect este hotrtoare pentru stabilirea traseelor de ruptur a plachetei semiconductoare.La plachetele semiconductoare la care cipurile au zone "intercip" suficient de mari separarea se obine prin debitarea acestora cu pnze diamantate.

ncapsularea tranzistoarelor Tehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.17 Zonele "Intercip"dup care are loc debitarea cipurilor

ncapsularea tranzistoarelor Fixarea cipurilorDup separarea cipurilor acestea urmeaz se fie fixate pe grilele metalice ale capsulelor. Operaia de deplasare i de aezare a cipului pe ambaz se realizeaz cu ajutorul unui manipulator (fig. 6. 18.a) care asigur reinerea cipului prin crearea unei depresiuni (aspiraie) la contactul manipulatorului cu suprafa sa. Pentru a evita oxidarea siliciului n procesul fixrii cipului se sufl un gaz inert (azot) n jurul zonei de sudare. Fixarea cipurilor pe grilele de fixare (fig. 6.18.b) se realizeaz prin aliere (sudur eutectic) sau prin sudare.

ncapsularea tranzistoarelor Procesul de aliere const n formarea unei legturi eutectice ntre dou materiale cu temperaturi de topire suficient de sczute. Astfel, amestecul eutectic Au-Si se obine la temperatura T=370C pentru o compoziie de 6% Si i 94% Au. Fixarea cipului prin procesul de aliere are loc prin formarea amestecului eutectic dintre suprafaa inferioar a cipului i suprafaa de fixare (ambaza sau grila capsulei). La atingerea temperaturii eutectice se produce o faz fluid ntre aur i siliciu, iar dup rcire se obine o legtur stabil ntre cip i ambaza capsulei (sudura eutectic).

ncapsularea tranzistoarelor n procedeul de montare a cipurilor prin sudare se folosesc aliaje moi cu punctul de topire n domeniul 180...300C. Masa de lipire se aeaz ntre cip i ambaz, iar apoi se preseaz uor i se nclzete la o temperatur cu pn la 20% mai mare dect temperatura de topire. n scopul proteciei materialului semiconductor este necesar o metalizare a cipului (de exemplu cu titan, crom, nichel sau aur). n cazul unei lipituri cu grosimi n jur de 50 jim pot s apar diferene ntre dilatarea cipului i cea a ambazei. Dezechilibrul dimensional se compenseaz prin ductilitatea lipiturii. La procedeele de montare prin aliere i sudare se realizeaz mbinri bune conductoare electric i termic.

ncapsularea tranzistoarelor Tehnologie electronic - Curs 6

Fig. 6.18 Faze n ncapsularea unui tranzistor de putere a) ambaza nainte de montarea cipului b) ambaza dup sudarea cipului c) capsula asamblat

ncapsularea tranzistoarelor Realizarea contactelorLa realizarea contactelor se folosete aluminiul care se aliaz n mici procente cu cupru i titan pentru a reduce transportul de material care apare la trecerea curentului.n cazul unor pretenii ridicate, la metalizri, se folosesc sisteme de metalizare cu mai multe componente. La conectacrea straturilor de tip p se folosete aluminiu sau aur-bor. Zonele de tip n se contacteaz cu ajutorul combinaiei aur - antimoniu.ntre contactele cipului i terminalele capsulei se realizeaz conexiunile electrice, iar apoi fixarea i sudarea capacului (fig. 6.18.c). Capsulele metalice (S.iS.c) conin partea de fixare a cipului (ambaza) realizat din cupru (aluminiu) acoperit cu un strat de nichel i partea de etanare (capacul). La terminale capsulei metalice se conecteaz, de obicei, baza i emitorul n cazul tranzistoarelor bipolare i sursa i grila la tranzistoarele unipolare. Colectorul i respectiv drena sunt conectate la partea metalic a capsulei n urma sudrii cipului pe ambaz.

ncapsularea tranzistoarelor Transferul energiei disipateLa funcionarea tranzistorului, trecerea curentului prin jonciuni produce disiparea n interiorul structurii semiconductoare a unei puteri, care se transform n cldur. Cldura disipat n jonciuni se transmite prin siliciu determinnd gradieni de temperatur la suprafaa cipului. Transferul cldurii degajate de cipul tranzistorului are loc spre capsul (ambaza capsulei) i apoi de la capsul la mediul ambiant. Pentru tranzistoarele de germaniu din considerente de fiabilitate se impune ca temperatura jonciunii (cipului) Tj = 75 - 85C, iar la tranzistoarele de siliciu 7}= 150 - 180C. Temperatura jonciunii unui tranzistor nu se poate msura direct. Se msoar temperatura capsulei Tcase pe care este montat cipul. Tehnologie electronic - Curs 6

ncapsularea tranzistoarelor Capsulele tranzistoarelor de putere se fixeaz pe corpuri de rcire (radiatoare din cupru sau aluminiu) pentru transferul energiei disipate spre exterior (mediul ambiant). Degajarea cldurii spre mediul ambiant se realizeaz n mare parte prin convecie natural sau forat (cu ventilator) i mai rar cu un agent termic de rcire. Pentru mbuntirea transferului cldurii prin radiaie corpurile de rcire se acoper cu un strat de negru mat (printr-un proces de acoperire galvanic numit eloxare, n cazul radiatoarelor din aluminiu).

Tehnologie Electronica Curs6

Documents