微波功率芯片真空共晶工艺研究

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1、制造技术研究航天制造技术制造技术研究微波功率芯片真空共晶工艺研究姬峰王兴茂（北京遥感设备研究所，北京100854）摘要：针对弹载微波多芯片组件功率芯片焊接需求，基于真空共晶工艺，采用正交试验设计，研究了温度曲线、焊片大小、焊接压力三因素对功率芯片焊接过程的影响，并对焊接试样进行了剪切力、空洞率和外观检测。研究得出了各影响因素主次顺序和最优组合，并对优化的焊接参数进行了重复性验证。研究结果对功率芯片的真空共晶过程有一定指导意义。关键词：GaAs芯片；真空共晶焊接；Au-Sn焊料；正交试验法StudyofVacuumEutecticWel

2、dingoftheMicrowavePowerChipJiFengWangXingmao(BeijingInstituteofRemoteSensingEquipment,Beijing100854)Abstract：Thevacuumeutecticweldingtechnologyofmicro-waveGaAspowerchipwasstudiedinthispaper.Theprocessparameterssuchastemperaturecurve,soldersize,andweldingpressurewereexpe

3、rimentedbyorthogonalexperimentalmethod.Theshearstrength,completepenetrationandappearanceoftheexperimentpieceswereevaluated.Theresultsindicatethatallparamatersaffecttheweldingofmicro-waveGaAspowerchipsignificantly,andtheexperimentpiecesthatweldedbytheoptimizedparametersc

4、ouldmeettheGJB548Bdemands.Keywords：GaAspowerchip；vacuumeutecticwelding；Au-Snsolder；orthogonalexperimentalmethod1引言高、焊接强度高、工艺一致性好等优点，因此该方法[3，4]被广泛应用于高频、大功率芯片的焊接过程。随着射频前端小型化、高频段、高功率密度要求针对发射机功率芯片载体高可靠性共晶焊工艺的提出，研制集成多个收发通道的射频前端成为实现需求，采用正交试验法，研究了焊片大小、温度曲线、该要求的必要手段。GaAs芯片由于高频特

5、性优良且体焊接压力对共晶试样外观、空洞率、剪切强度的影响，积小、重量轻被广泛应用于发射机、接收机以及收/并通过剪切强度重复性检验得到了优化后的各项关[1，2]发组件的制造。键工艺参数。研究对发射机功率芯片的装焊过程具有射频前端中，微波毫米波电路的工作频段较高，一定的指导意义和参考价值。功率芯片的接地情况直接影响电路的串扰和插入损耗。同时，受空间尺寸限制，射频前端中不能为微波2试验组件增加风扇等辅助散热装置，而GaAs材料导热性能差，功率芯片需要同支撑载体保持良好的低欧姆接触，2.1试验原理与设备以保证芯片在服役过程中的散热能力。相对于

6、导电胶芯片/载体共晶焊接的本质是真空软钎焊，是指通粘接，Au-Sn共晶焊片具有优良的导电性能和传热效率过设置合适的温度曲线，并施加适当的压力和气氛保作者简介：姬峰（1987-），博士，材料加工专业；研究方向：高频微组装工艺技术。收稿日期：2014-04-1615制造技术研究2014年8月第4期[5]护，实现载体和芯片原子间结合的工艺过程。影响宁公司厚度为25μm的Au-Sn焊片，焊片主要参数参功率芯片共晶焊接效果的因素主要有温度曲线、焊接考表1；载体为钼铜镀金；试验用真空/可控气氛共晶压力、焊片大小等。炉为SST1200；焊接工装由高

7、纯石墨制作。温度曲线：焊接曲线的优化是共晶焊工艺的一个2.2试验设计与方法难点。功率芯片的焊接需同时考虑以下几方面影响：正交试验设计广泛应用于微组装工艺试验过程，功率芯片焊接时有一个相对快速的升、降温过程，焊其特点是对于多因素试验安排部分试验代替全面试接数量的多少也会影响热量在夹具上的分布；温度的验，即通过部分试验数据全面掌握试验的结果。利用影响，对于功率芯片而言，温度太低会导致焊接面润正交试验法，可以减少试验次数，并能得到可靠的试湿不充分，温度太高又会导致GaAs芯片上的接地过孔验数据。镀金层熔蚀；加热和保温时间的影响，升温速率太快

8、带来的热冲击会影响薄膜器件的性能，用过长的时间来加热基座会导致电路金属的损坏；在温度曲线的设置过程中，还需考虑随机事件的影响，如抽真空、充气、排气等过程，充保护气体、排气冷却过程的流量[6]需要充分考虑。焊片面积：Au-