读书笔记金锡真空共晶焊仿真分析

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1、读书笔记一:《薄膜基板芯片共晶焊技术研究》巫建华（中国电子科技集团公司第43研究所，合肥230088）基板采用AbO?陶瓷基板，共晶焊区采用磁控溅射或蒸发制备复合薄膜，通过电镀、光刻、热处理后获得，图1为薄膜基板制作工艺流程图，芯片采用Ti/Ni/Au,其中Au的厚度为0.2Pm,共晶焊设备釆用进口的Westbood真空共晶焊炉。图1薄膜忠板制作工艺流程图共晶焊常用的焊料有Au80Sn20>Au97Si3、Au88Gel2三种成分，表1为三种常用焊料的参数对比。表1不同焊料养数对比焊料共品温度代：热

2、导率/W(mk)-1电阻率/io-6n?KuSn28025135.9AuGe3562322S.7AuSi37029377.5三种焊料的熔点各不相同，选取时要综合考虑焊接膜层及厚度、基板和芯片所能耐受的最高温度等因素，通过表1对比，其中AuSn焊料的熔点最低，导热性、电阻率都良好，并且焊料中Au占了很大的比重，材料表面的氧化程度较低，所以焊接中无需助焊剂，避免了因使用助焊剂对半导体芯片形成的污染和腐蚀。所以木研究采用预成型Au80Sn20焊片进行烧结，共晶温度280°C,焊片的尺寸与芯片大小相同，厚度

3、40Pm。总结：真空度和保护气氛是影响共晶焊接质量的一个重要因素。在共晶焊接过程中如果真空度太低，焊区周围的气体以及焊料、被焊芯片焊接时释放的气体容易在焊接完成后形成空洞，从而增加焊接芯片的热阻。但如果真空度太高，在加热过程屮热导介质变少，容易产生共品焊料达到熔点温度述没有熔化的现象。读书笔记二：《功率芯片低空洞率真空共晶焊接工艺研究》贾耀平：中国西南电子技术研究所，四川成都610036目前将半导体裸芯片装配到载体上（如管壳等）的实现方法主要有导电胶粘接和共晶焊接两种。导电胶粘接具有工艺简单、速度快

4、、成本低、可修复、低温粘接、对管芯背面金属化无特殊要求等优点，但在微波频率高端，毫米波或微波/毫米波大功率时，由于导电胶粘接的电阻率大，导热系数大，造成微波损耗大、结温高，其功率性能、寿命及可靠性等方面将受到影响。由表1可以看出，共品焊接的热性能、电性能及机械性能大大优于导电胶粘接。因此在频率较高、功率较大、可靠性要求较高情况下，应当采用共晶焊接工艺进行芯片装配。表1粘结和共晶焊接材料电、热、机械性能比较贴片材料热导率/(W/m*K)电阻率/x106Q*cm剪切强度/MPa导电胶2〜8100〜500

5、6.8〜40AuSn25135.9185AuSi29377.5116PbSn5014.528.5功率芯片的焊接不同于其他焊接，除考虑如何获得剪切强度高、孔洞率低的焊接效果，还必须综合考虑芯片的最高耐受温度及对应时长，为此在进行焊接温度曲线设计时应重点以下几个参数：最高焊接温度：一般情况下要获得好的焊接质量，焊接温度要高于焊料合金的共晶温度30°C〜40°C,但目前国外GaAs基毫米波功率芯片最高耐受温度一般为300°C,超过300°C不超过30s,国内一般为290°C〜300°C,因此可选的最高焊接

6、温度一般为290°C〜305°C,同时保证300°C以上时间尽量短。熔融状态时间：熔融时间及最高焊接温度直接决定了焊料在焊接过程中与被焊接面反应生成金属间化合物（IMC）的厚度，最高焊接温度越高、熔融时间越长，IMC越厚；而IMC厚度与焊点剪切强度密切和关，IMC厚度在合适范围内时剪切强度较大，且随厚度改变变化不大，一旦IMC厚度超过该合理范围则剪切强度会急剧下降；因此可通过不同熔融时间下焊接的剪切强度来确定合适的IMC厚度范围及熔融状态时间范围。熔融状态吋真空度：为降低氧化及因残留气体造成的空洞缺

7、陷，可在焊接过程进行抽真空处理，但全工艺过程真空环境会降低加热速率，造成工艺过程时间长，温度不宜控制；为此可采取全过程高纯氮环境，熔融阶段达到最高焊接温度后进行抽真空处理，也可达到相同的效果，减少空洞的产生。冷却速率：焊接完成后应尽快冷却这样可使结晶细腻、获得敷形好、接触角小的优良焊点。前期加热开始前对炉内进行不低于两次的抽真空然后充入高纯氮处理，纯化炉内气氛，降低氧分值；升温及保温区要加热均匀，使加热板与热沉温差尽量小，且保温区结束时，温度接近焊料熔点(270°C〜275°C)；最高烧结温度为30

8、0°C〜305°C,焊料熔融时间为50s〜70s；熔融阶段达到最高温度后抽真空至lOOmbar左右；冷却速率1.5°C/s〜3°C/s即可。总结：基于上述考虑，对于焊接曲线的设计，设置升温区、保温区、焊接区、冷却区，同时根据需要在各段采取抽真空，充高纯氮等工艺手段。导电胶粘接具有工艺简单、速度快、成本低、可修复、低温粘接、对管芯背而金展化无特殊要求等优点，但在微波频率高端，毫米波或微波/毫米波大功率时，由于导电胶粘接的电阻率大，导热系数大，造成微波损耗大、结温高，其功