Учебное пособие 800568

водность паяного шва за счет отсутствия дополнительных материалов, участвующих в его образовании, и тем самым получить низкое тепловое сопротивление Rt. Пайка может осуществляться ручным, полуавтоматическим и автоматическим способами.

Корпус исследуемых транзисторов (1, 2 – выводы стоков, 3, 4 – выводы затворов, 5 – общий исток)

В работе проводились исследования влияния следующих факторов технологических операций на качество пайки кристаллов:

1.Влияние способа монтажа кристаллов (ручной и полуавтоматический).

2.Влияние обработки поверхности пластины перед нанесением аморфного Si.

3.Влияние состава электролита и времени травления поверхности корпуса перед его золочением.

Перед напылением аморфного Si применялась обработка паяемой стороны пластин методами кислотного и плазмохимического травления. После подготовки поверхности на паяемую сторону пластины с транзисторными структурами напылялся слой аморфного Si толщиной 10 нм, способствующий активному взаимодействию Si и Au при пайке.

100

Важную роль в процессе производства корпусов СВЧтранзисторов играет технология гальванического золочения, что обусловлено высокими требованиями, предъявляемыми к толщине, структуре, плотности, чистоте поверхности и качеству адгезии золотого покрытия [3].

Золото является функциональным покрытием, поэтому необходимо определить факторы, влияющие на его качество. Основными технологическими факторами являются: состав электролита гальванического золочения, режимы покрытия (плотность тока, время покрытия, время «затравки» деталей), режимы предварительной подготовки корпусов (время обезжиривания и травления).

Влияние состава электролита на качество напайки кристалла проанализировано на образцах корпусов, золоченных в фосфатном и цитратно-фосфатном электролитах при постоянных параметрах технологического процесса (температура электролита 70 ± 5 °С, катодная плотность тока – 0,4 А/дм2, время золочения, время травления). Микроскопически установлено, что поверхность корпусов, золоченных в цитратно-фосфатном электролите менее шероховатая, в отличие от золоченных в фосфатном электролите, на поверхности которых наблюдается частичное дендритообразование.

Корпуса, золоченные в цитратно-фосфатном электролите, отличаются характерным блеском и качественным внешним видом поверхности. Установлено, что состав электролита (фосфатный либо цитратно-фосфатный) не оказывает решающего влияния на Rt.

Перед процессом гальванического золочения корпуса проходят обезжиривание в щелочном растворе и травление в растворе соляной кислоты. Влияние режима предварительной подготовки корпусов проанализировано на образцах корпусов, золоченных в фосфатном и цитратно-фосфатном электролитах, при этом изменялось время травления. На образцах, золоченных с временем травления порядка 90 - 120 секунд, значения Rt несколько ниже, чем для образцов с временем травления порядка 240 - 300 секунд.

Результаты измерения теплового сопротивления, проведенные в рамках запланированных экспериментов, представлены в таблице.

101

Продолжение таблицы

103

Основные результаты

1.Тепловое сопротивление кристалл-корпус транзисторов не зависит от способа напайки кристаллов (ручной либо полуавтоматический).

2.Обработка тыльной стороны Si пластин перед нанесением аморфного Si приводит к снижению теплового сопротивления транзисторов. К значительному снижению теплового сопротивления приводит обработка пластин в растворе плавиковой кислоты.

3.Уменьшение времени травления корпусов перед их золочением способствует снижению теплового сопротивления.

4.Состав электролита золочения не влияет на тепловые свойства транзисторов.

Вывод

Положительная тенденция снижения теплового сопротивления наблюдается при напайке на корпуса, золочение которых проводилось с уменьшенным временем подготовки, а также при введении операции освежения пластин в растворе плавиковой кислоты перед напылением аморфного Si.

Литература

1.Мартынов И.А. Измерение теплового сопротивления кристалл – корпус микросхем и полупроводниковых приборов с использованием тепловизора / И.А. Мартынов // Известия СПБГЭТУ ЛЭТИ. – 2016. - № 4. С. 3 - 6.

2.В.В. Асессоров (RU), Т.И. Бражникова (RU), Г.А. Велигура (RU), В.А. Кожевников (RU) – Способ монтажа кремниевых кристаллов на покрытую золотом поверхность // патент РФ № 2347297, МПК7 В23К 210/10, заявл. 28.05.2007; опубл. 20.02.2009. Бюл. № 5.

3. В.В. Асессоров, Т.И. Бражникова, В.А. Кожевников, О.В. Марченко, О.Н. Пахомов – Корпус полупроводникового прибора // патент РФ № 2405229, H01L23/02, 2010, ФГУП «Научноисследовательский институт электронной техники».

АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», г. Воронеж

104

УДК 621.3

Д.А. Мохов

РАЗРАБОТКА КОРПУСА ДЛЯ ГАЗОАНАЛИЗАТОРА ОКИСИ АЗОТА

Для диагностики степени заболевания бронхиальной астмой у взрослых и детей предлагается использовать опытный газоанализатор окиси азота с микроконтроллерной схемой управления с применением платы Arduino Mega 2560.

Для диагностики степени заболевания бронхиальной астмой у взрослых и детей предлагается использовать опытный газоанализатор окиси азота с микроконтроллерной схемой управления с применением платы Arduino Mega 2560. Было разработан корпус для газоанализатора окиси азота. Для создания корпуса использовался материал полиэтилентерефталат (PETG), который используется для печати на 3D принтере. Материала PETG был исследован механическим воздействием на многие нагрузки и оказался самым подходящим материалом для создания корпуса. Достоинства PETG заключаются в упругости материала, в крепости его строения и в том, что при печати он дает наименьшую усадку материала, хорошо обрабатывается механическим воздействием, не боится ультрафиолетового излучения, при котором многие пластики разрушаются, плохо поддается химическим воздействиям, таким как ацетон, изопропиловый спирт.

Для печати на 3D принтере этим материалом было выяснено, что штатная (печатающая голова) хатенда, не подходит для печати PETG пластиком в связи с его вязкостью. Из-за этого пришлось поменять полностью строение хатенда, был использован компонент такой как мягкое металлическое NF-Crazy Hotend V6 медное сопло для CR10 Prusa I3 MK3S экструдера для 3D принтера.

Термобарьер полностью сделан из меди, в связи с этим проходит равномерный нагрев материала, слои выходящего пластика ложатся равномерно слой за слоем без переэкструзии. Помимо этого используется высокое качество двойной шестерни, металличе-

105

ские элементы Bmg экструдера Боудена (подача механического привода) и двойной привод экструдер для 3d принтера Mk8 CR10

Prusa I3 Mk3.

Рис. 1. Материал полиэтилентерефталат

Рис. 2. Экструдер NF-Crazy Hotend V6

Рис. 3. Bmg экструдер Боуден

106

Боуден экструдера имеет все стальные компоненты, которые идеально отфрезерованы и имеют большую точность в каждой шестерѐнки боудена, который в свою очередь служит для подачи филамента PETG в хатенд NF-Crazy Hotend V6. В связи с этим калибровка хатенда задается в программном обеспечении. Достоинство стального боудена так же заключается в его надежностью по сравнению с предшестввенниками, в кторых большая часть механических шестерѐнок сделаны из пластика и имеют неточные зубья, которые со временем крошатся и сбивают подачу филамента PETG, который в свою очередь забивал экструдер и приводил в непригодность боуден и экструдер.

Рис. 4. Переэкструзия феломента хотенда

Воронежский государственный технический университет

107

УДК 621.311.243

Е.Ю. Плотникова, А.В. Арсентьев, А.А. Винокуров

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОГО КОАКСИАЛЬНОГО СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА

Исследуется методика моделирования солнечного элемента (СЭ) в виде цилиндрической кремниевой нанотрубки длиной 380 нм.

Наноструктурам и наноструктурированным материалам, применяемым в оптоэлектронике, посвящено большое количество исследований [1, 2]. Солнечные элементы с наноструктурами (наночастицы, наностержни и нанопроволоки) привлекают большое внимание из-за их потенциала для повышения КПД преобразования солнечной энергии в электрическую [3, 4].

В последнее время в перспективных солнечных элементах используются вертикальные массивы нанопроволок [5, 6]. Массив нанопроволок более эффективно поглощает солнечный свет, снижает потери при оптическом отражении и увеличивает вероятность захвата света из-за большого соотношения сторон. По этой причине массивы нанопроволок интенсивно исследуются в солнечных элементах, в частности, на основе кремния, с целью повышения эффективности накопления заряда. В данной работе рассматривается методика моделирования отдельного элемента массива нанопроволок СЭ в системе автоматизированного моделирования технологического уровня.

Нанопроволока состоит из трех кремниевых слоев: положительно заряженного ядра, тонкого нейтрально заряженного промежуточного слоя и отрицательно заряженного внешнего слоя. При попадании фотона на нанопроволоку происходит генерация пары зарядов – электрона и дырки. Заряд на поверхности продвигает электроны наружу от центра на контакт к оболочке, а дырки смещаются внутрь на контакт к ядру структуры.

Параметры сетки задаются в блоке MESH THREE.D CYLINDRICAL, где THREE.D указывает, что будет создана трех-

108

мерная структура. Параметр CYLINDRICAL задает радиус, угол и размер по оси Z.

go atlas

В модуле Atlas3D есть параметр CYLINDRICAL, который позволяет построить цилиндрическую структуру.

mesh cylindrical three.d

Радиальные линии и шаг сетки заданы для четырех ключевых точек.

r.mesh l=0 spacing=0.05 r.mesh l=0.08 spacing=0.01 r.mesh l=0.16 spacing=0.05 r.mesh l=0.19 spacing=0.01

Поскольку строится цилиндрический СЭ, задаѐм угловой шаг сетки a.mesh и количество делений на шаге.

a.m l=0 spac=60 a.m l=360 spac=60

Настройка в направлении оси Z определяет протяженность структуры СЭ

z.mesh l=0 spacing=0.01 z.mesh l=0.03 spacing=0.01 z.mesh l=0.11 spacing=0.025 z.mesh l=3.105 spacing=1 z.mesh l=3.11 spacing=0.0015

Основным материалом, из которого производят современные СЭ, является кремний. В модели сформированы 5 областей из кремния, которым далее будут присвоены специфические настройки. Шестая область – воздух – определяет прямоугольные границы моделирования структуры.

109