способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе

Классы МПК:H01L21/50 сборка полупроводниковых приборов с использованием способов или устройств, не предусмотренных ни одной из подгрупп  21/06
H01C13/00 Резисторы, не предусмотренные в других рубриках
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья
Приоритеты:
подача заявки:
2001-10-24
публикация патента:

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления нелинейных полупроводниковых резисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Способ изготовления нелинейного полупроводникового резистора в стеклянном корпусе включает крепление на противоположных торцах кристалла металлических выводов, площадь поперечного сечения которых больше площади торцов кристалла, герметизацию в корпус, выполненный в виде стеклянной трубки с внутренним диаметром, равным диаметру металлических выводов. Процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 мс с одновременным отключением внешнего нагрева. В результате создается надежный электрический контакт металлических выводов к полупроводниковому кристаллу, упрощается технология изготовления с обеспечением управления номинальным сопротивлением резистора. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

Способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе, включающий крепление на противоположных торцах кристалла металлических выводов, площадь поперечного сечения которых больше площади торцов кристалла, герметизацию в корпус, выполненный в виде стеклянной трубки с внутренним диаметром, равным диаметру металлических выводов, отличающийся тем, что процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 мс с одновременным отключением внешнего нагрева.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области полупроводниковой техники, в частности к технологии изготовления нелинейных полупроводниковых резисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС).

Известны способы изготовления нелинейных резисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (Мартюшов К.И., Зайцев Ю.В. Технология производства резисторов.- М.: Высшая школа, 1972, с.312) включающие нанесение на грани кристалла тем или иным способом омических контактов, к которым методами пайки или клейки присоединяются металлические выводы, как правило два. Изготовление прибора включает несколько последовательных операций. Создание омических контактов на кристалле производится напылением и вжиганием металлических пленок, либо их осаждением химическим или гальваническим методами с последующей термообработкой, и другими известными методами. Затем к полученным металлизированным площадкам присоединяют внешние металлические выводы: термокомпрессией, ультразвуковой сваркой или пайкой, лазерной сваркой и т.п. Заключительная операция изготовления прибора - герметизация для защиты его от внешних воздействий путем нанесения защитных покрытий в виде компаундов, стекол. Однако данные способы отличаются довольно длительным трудоемким процессом изготовления резисторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления полупроводникового прибора в стеклянном корпусе (заявка Японии 58-11735, МПК: H 01 L 21/56, приоритет 03.04.83), где на противоположные торцы полупроводникового кристалла по отдельности закрепляют металлические выводы площадью поперечного сечения больше площади торцов кристалла, формируя при этом сборную конструкцию, которую затем герметизируют в стеклянный корпус, подавая поочередно в области одного и второго торца кристалла и к металлическим выводам стеклянную массу. Однако последовательность проведения в способе операций значительно удлиняет и усложняет процесс изготовления полупроводниковых приборов, а невозможность создания достаточно надежного электрического контакта металлических выводов к полупроводниковому кристаллу снижает качество получаемых приборов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежного электрического контакта металлических выводов к полупроводниковому кристаллу и управление номинальным сопротивлением при упрощении технологии изготовления с целью получения качественных полупроводниковых приборов с наименьшими затратами.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, включающем крепление на противоположных торцах кристалла металлических выводов площадью поперечного сечения больше площади торцов кристалла и герметизацию в корпус, выполненный в виде стеклянной трубки с внутренним диаметром, равным диаметру металлических выводов, процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 миллисекунд с одновременным отключением внешнего нагрева.

Отличительными признаками предложенного способа является то, что процесс ведут одностадийно на этапе герметизации в стеклянный корпус, где в момент смачивания стеклом металлических выводов через кристалл и металлические выводы подают импульс тока с амплитудой 0,05-3,0 А длительностью 8-20 миллисекунд с одновременным отключением внешнего нагрева. Одностадийный процесс изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе на этапе герметизации значительно сокращает время и упрощает технологию производства этих приборов. Подача через кристалл и металлические выводы импульса тока в момент смачивания стеклом металлических выводов формирует надежный электрический контакт между выводами и полупроводниковым кристаллом. Оптимально выбранные параметры формовочного импульса и время его подачи (0,05-3,0 А, 8-20 миллисекунд) позволяют создать необходимое и регулируемое номинальное сопротивление резистора. Таким образом, одностадийная обработка сборки позволяет совместить операцию герметизацию резистора в защитный корпус и создание надежных электрических контактов между выводами и кристаллом и тем самым упростить способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора. Номинальное сопротивление резистора по сути своей является суммой трех сопротивлений: объемного сопротивления полупроводникового кристалла и двух сопротивлений контакта металл-полупроводник. Контакты являются омическими, что подтверждается измерениями номинального сопротивления и вольт-амперных характеристик резисторов в микрорежиме.

Амплитуда тока и длительность пропускаемого импульса определяют количество электрической мощности, выделяемой на контактах металл-полупроводник. Нижний предел длительности импульса и его амплитуда выбираются как параметры, с которых начинается воздействие на электрические характеристики изготавливаемых приборов, верхний предел обусловлен появлением разрушающих воздействий на полупроводниковый кристалл и стеклянный корпус. Существенным моментом является то, что включение формовочного импульса и выключение нагревательного устройства совпадают и исполняются на заключительной (ниспадающей) части циклограммы процесса герметизации в корпус.

Предлагаемый способ поясняется графическими материалами, на которых изображены схема изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе (фиг.1) и циклограмма процесса (фиг.2).

На схеме (фиг.1) показаны полупроводниковый кристалл - 1, металлические выводы - 2, защитный стеклянный корпус - 3 в виде трубки, нагреватель - 4, источник тока - 5. На циклограмме (фиг.2) приведена зависимость изменения температуры от времени в ходе проведения процесса.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. К противоположным торцам кристалла 1 (фиг.1) полупроводникового алмаза с линейным размером 250 мкм закрепляют металлические выводы 2 (фиг. 1) из железоникелевого сплава, площадь поперечного сечения которых больше торцов кристалла и диаметром равным 0,6 мм. На подготовленную сборку надевают стеклянную трубку 3 (фиг.1), марка стекла С93-2, с внутренним диаметром 0,6 мм. Вся конструкция помещается в нагреватель 4 (фиг.1). Параметры термообработки приведены на циклограмме (фиг.2), осуществляют разогрев от комнатной температуры Тк (фиг.2) до температуры смачивания стеклом металлических выводов Тр (фиг. 2). Для конкретной марки стекла это температура 850oС. На этом этапе способ изготовления полупроводникового нелинейного   резистора в стеклянном корпусе, патент № 2197032и (фиг.2) от источника тока 5 (фиг.1) через металлические выводы подают на кристалл формовочный импульс с параметрами: амплитуда тока 2,9 А и длительность импульса 8 мс. Одновременно с подачей импульса способ изготовления полупроводникового нелинейного   резистора в стеклянном корпусе, патент № 2197032и (фиг. 2) нагреватель отключают. В результате получают полупроводниковый нелинейный резистор в стеклянном корпусе с номинальным сопротивлением R25=10 кОм и температурным коэффициентом сопротивления ТКС=-2,1%/К.

Пример 2. Сборка конструкции аналогична примеру 1, в качестве полупроводникового кристалла использован поликристалл оксида вольфрама с линейными размерами 300 мкм. Параметры термообработки: разогрев до 850oС. Параметры формовочного импульса: амплитуда тока Iи= 0,05А, длительность импульса способ изготовления полупроводникового нелинейного   резистора в стеклянном корпусе, патент № 2197032и = 13 миллисекунд. В результате получен терморезистор номинальным сопротивлением R25= 7,1 кОм, ТКС=-1,0%/К с S-образной симметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ) варисторного типа.

Пример 3. Сборка аналогична примеру 1. Полупроводниковый кристалл - кристалл цинкита с линейным размером 310 мкм. Параметры термообработки: разогрев до 850 oС.

Параметры формовочного импульса: амплитуда тока Iи=1,0А, длительность импульса способ изготовления полупроводникового нелинейного   резистора в стеклянном корпусе, патент № 2197032и = 18 миллисекунд. В результате получен терморезистор номинальным сопротивлением R25= 9,3 кОм, ТКС=-1,18%/К с S-образной симметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ) варисторного типа.

Предложенный способ изготовления полупроводникового нелинейного резистора в стеклянном корпусе обеспечивает создание надежного электрического контакта металлических выводов к полупроводниковому кристаллу, получение необходимого номинального сопротивления прибора и упрощение технологии его изготовления.

Класс H01L21/50 сборка полупроводниковых приборов с использованием способов или устройств, не предусмотренных ни одной из подгрупп  21/06

Класс H01C13/00 Резисторы, не предусмотренные в других рубриках

Наверх