AuSn焊料低温真空封装工艺研究.pdf

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1、第28卷第1期0集：成：电路：通：讯VoI

2、28No．12010年3月JICHENGDIANLUTONGXUNMaY．2010AuSn焊料低温真空封装工艺研究李丙旺(中国兵器工业第214研究所蚌埠233042)摘要在介绍半导体金锡(AuSn)焊料低温真空封装工艺的基础上，重点对AuSn焊料、真空度、炉温曲线设置等工艺技术方面进行了深入研讨。并就真空、炉温等方面作了相应的工艺实验，给出了最优化工艺条件解决方案。关键词AuSn焊料真空炉温曲线金属气密封装的一种重要形式，又称为钎焊、共晶1引言焊、焊料焊等，是在壳体和盖板的密封区域之间放封装可以简明地定义为对电子器件进行互人含锡的合金预制片，加热到熔

3、点温度后形成共连、加电、保护和散热¨I4]。气密封装通常采用由熔／共晶，将壳体和盖板密封焊接在一起。封装用金属、陶瓷、玻璃等材料制成的带腔体的外壳，外锡焊焊料一般预先制作成合金焊片，主要有两种壳在被封盖后能使安装于其内的电子元器件与外类型：一种为低熔点的软焊料，最常用的是熔点为界环境相隔离，阻止有害液体、固体特别是气体污183~C的Sn63Pb37合金焊片；另一种为较高熔点染物的侵蚀或渗透人内，保证产品的长期可靠性。的硬焊料，最常用的是熔点为280c【=的Au80Sn20就封装的质量和密封可靠性来说，采用金锡合金焊片。(AuSn)低熔点合金焊料进行高可靠的集成电路AuSn焊料因其在焊接强度、耐

4、腐蚀性和抗氧密封是一种重要的封装方法，它在承受机械冲击、化等方面都具有较好的优越性，而且AuSn焊料热冲击、化学腐蚀等机械和气候环境方面，有着比在封装焊接中无需助焊剂，避免了因使用助焊剂其他金属合金焊料更大的优越性。因此，金锡焊对半导体芯片形成的污染和腐蚀。因此，AuSn料的低温焊接封装是为满足一些军用标准的高可(80：20)焊料是应用最为广泛的合金焊料之一。靠产品要求所必须采用的封装形式。AuSn合金焊料具有合适的润湿性和接触角，其铺半导体AuSn焊料低温真空封装工艺就是在展百分数在7O一8O之间，封装焊接后不容易“爬真空环境下，将键合好半导体芯片通过AuSn焊盖”，焊接强度高，气密性漏气速

5、率可小于1×料进行低温气密性封装，其主要工艺影响因素是l0一Pa·cm／s，其抗氧化性极强，焊接后的焊缝AuSn焊料、炉温、真空等。不必再涂敷有机树脂进行保护。它不仅适合于半本文主要介绍了AuSn焊料及其对封装的影导体集成电路的封装，也可用于混合集成电路的响，并就真空、炉温等工艺条件进行了重点研讨，封装，其焊接成品率可达98％以上，是一种具有探索最优化工艺条件方案。优越性能的高可靠焊料。AuSn焊料的润湿性是焊接质量的一个重要2AuSn焊料及其焊接封装的影响因素因素¨J，通常是通过4定其接触角、润湿速率或金属气密封装由于在最严酷使用条件下具有铺展性来衡量其可焊性。接触角越小、铺展性越杰出的可靠

6、性而被广泛用于特殊用途。锡焊，是高，则说明焊料流散性能很好，能保证其焊接质16集成电路通讯第28卷第l期量。但是不同的焊接外壳金属上框和盖板的镀金金焊料保持其表面洁净而不受氧化，焊接气氛就层厚度，以及焊料合金成分的变化，都会对焊接质显得尤为重要。一般采用真空、氮气或氮气和氢量产生一定影响，具体影响因素见表1。在Au—气的混合气体作为保护气体。利用真空炉进行集Sn系统(图1)中共晶体的富金-N有非常陡的成电路封装时，要求其真空度优于1．3Pa；而采用液相曲线斜度，在高于共晶组成处，金含量仅增加链式封装炉时，一般采用比例为90：10的氢一氮3％～5％就可使液相温度从280clC提高到450~C混合

7、气体。以上，进而引起许多气密性失效，金镀层越厚，情(2)镀金层对封装焊接质量的影响。当使用况越严重。所以金镀层在保持足够浸润与防护性低熔点合金焊料时，要求待焊外壳金属上框和盖的前提下，厚度应尽可能最小。板采用镀金层进行表面处理，从而为所使用焊料(I)焊接气氛对焊接质量的影响。所谓焊接与金形成共晶体保证焊接质量。焊料的浸润性与气氛就是指在焊接时采用何种气体对焊接表面进镀金层有着很大关系，镀金层的质量和厚度都会行保护，不致因表面氧化而影响其焊接。同时，使对焊料的浸润性产生影响，实践证明，镀金层厚度用焊料焊实现集成电路的封装时，为了防止芯片为0．8—1．5la,m时对焊料封装焊接最为有利。受到污染，

8、不允许使用助焊剂，因此为使低熔点合(3)焊料成分对封装焊接质量的影响。一定l2OOl000800，、pV600蛹4002O0Ol234567891011金的重量百分比(％)图1AuSn系二元合金相图表1影响真空烧结炉钎焊密封的因素‘分类参数过度不足影响程度盖板和壳体镀金金熔解使熔融温度上升浸润困难dj冶焊料预制片体积对周围区域进行不必要浸润很难形成完全密封高金盖板和壳体清洁度越清洁越好，但过分清洗