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硅器件钎焊工艺的分析介绍

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般以钎焊温度比钎料熔点高15~50℃为宜。钎料用量须合适,并准确地添加到待焊位置。钎焊时间应根据钎焊温度、芯片大小、基座热容量等因素通过试验确定。图13-2 再流软钎焊温度曲线 Fig.13-2 Reflow soldering profile为防止钎焊过程中母材和钎料的氧化,软钎焊可在真空下进行,真空度一般不低于13Pa。由图13-1可以看出,Au-Si低熔共晶合金含硅3.2%(重量比),熔化温度为363℃。

硅器件钎焊工艺的分析介绍

通常先把做好的硅芯片减薄到一定的厚度,再在其背面做金属化处理,将金属化后的硅芯片用钎料钎焊在已电镀的管壳基座上。钎焊温度和时间需根据所用钎料的熔点及芯片面积、基座热容量等诸因素决定。钎焊温度对钎焊质量和器件性能有显著影响,温度过低,则钎料熔化不良,润湿性差,使器件热阻变大,饱和压降增加;温度过高则会导致钎料过度流动,铺展面积过大,且易使器件性能变坏。一般以钎焊温度比钎料熔点高15~50℃为宜。钎料用量须合适,并准确地添加到待焊位置。钎焊时间应根据钎焊温度、芯片大小、基座热容量等因素通过试验确定。焊前需要对半导体芯片进行干燥除潮处理,烘烤温度和时间根据受潮程度确定。钎焊过程一般包含预热、保温和降温等阶段,与普通的电子软钎焊相似。典型的再流软钎焊温度曲线如图13-2所示。

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图13-2 再流软钎焊温度曲线 Fig.13-2 Reflow soldering profile

为防止钎焊过程中母材和钎料的氧化,软钎焊可在真空下进行,真空度一般不低于13Pa。为了便于自动化生产,近年来多采用惰性气体(氮气)保护钎焊。在氮气中加入3%~5%的氯气,能使器件的钎焊性能更佳;另外,也可采用还原性气体(纯氢气)保护钎焊。(www.xing528.com)

在硅芯片的焊接中,另一种应用很广的是共晶钎焊法,它是利用芯片背面的金属(如金片)在加热时形成金-硅低熔共晶合金而钎焊芯片的一种方法。由图13-1可以看出,Au-Si低熔共晶合金含硅3.2%(重量比),熔化温度为363℃。共晶钎焊法具有连接强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高等优点,在微波功率器件的芯片装配中得到了广泛应用,并受到高可靠器件封装业的认可。

采用共晶钎焊时,要求将基座和芯片加热到400~420℃左右,并使芯片和基座之间相互擦动以利于钎焊。芯片背面金属化层越厚,越有利于钎焊,但考虑到成本因素,其厚度通常控制在1~1.5μm。芯片背面不黏附金时,可在芯片和基座之间加入厚度为0.02~0.03mm的金箔(或金-锑箔)。

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