砷化镓芯片的钎焊技术

为了保证材料性能不受破坏，只能在较低温度下进行GaAs芯片的钎焊，但要求有足够的强度、良好的散热性和较低的欧姆接触电阻。

GaAs芯片的钎焊方法主要有软钎焊法和共晶钎焊法两种，工业生产中需根据器件材料、结构、引线组装、表面金属化结构及可靠性等综合考虑确定钎焊方法。

1.软钎焊法

此法使用软钎料合金直接钎焊。为防止氧化，一般采用包金钎料球或钎料片，将钎料放置在表面金属化（或合金化）的芯片和电镀过的管座之间进行钎焊。

为了提高芯片的钎焊质量和速度，不仅需要合适的温度、压力和时间，在钎料完全熔化后还要施加一定的揉动。常用的揉动方法有两种：一种是芯片对管座做相应的平移；另一种是由超声振动产生摩擦。但应避免在钎料半凝固状态下揉动接头。

为避免划伤芯片，焊头端部是真空吸嘴（俗称气镊子或真空镊子），钎焊时用真空吸嘴将芯片吸起，放置到目标位置。图13-3所示为真空吸嘴的形状。

图13-3 真空吸嘴的形状 Fig.13-3 Forms of vacuum nozzle for picking up chips

主要的软钎焊方法见表13-5。随着封装密度的提高，利用传统的气相再流焊、热风再流焊及红外再流焊等方法焊接这类细间距元器件时，极易发生相邻引线焊点的桥连^[10]。激光软钎焊技术以其特有的热源性质，可在很大程度上缓解或有助于解决上述问题，正成为半导体器件软钎焊的研究热点方向。

各种软钎料的特性见表13-6。出于环保原因，含铅、含镉的钎料已被大多数工业国家禁用。常用的无铅软钎料有Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Bi、Sn-Zn等系列。

表13-5 软钎焊方法Table 13-5 Soldering process

表13-6 各种软钎料的特性^[11-13] Tab1e 13-6 Properties of various solders

① LACS是International Annealed Copper Standard的缩写，为“国际退火铜标准”。

② 载荷为100kg，30s。

金基钎料的钎焊温度见表13-7。使用金钎料共度、钎焊压力、钎焊时间、超声功率、钎料组分和晶钎焊时需摩擦、摇动芯片，如图13-4所示。钎料用量。

软钎焊过程中需控制的钎焊参数包括：加热温

表13-7 金基钎料的钎焊温度Table 13-7 Soldering temperature of Au-base solders(www.xing528.com)

图13-4 摩擦、摇动芯片钎焊示意图 Fig.13-4 Schematic diagram of chip soldering with rubbing or shake

2.共晶钎焊法（薄膜-焊接法）

本方法的原理是将钎料的各组成元素分层淀积在管心表面上，形成多层金属薄膜。钎焊时多层金属膜相互扩散，达到共晶成分后在共晶温度下熔化，使管心与管壳牢固地连接在一起。

适合该钎焊方法的金属膜结构有：Au-Ce-Au，钎焊温度为365～400℃；Au-Sb-Au，钎焊温度为365～400℃；Au-Sn，钎焊温度为217～280℃；Au-In，钎焊温度为154～180℃。

本方法钎焊工艺如下：芯片为倒装结构（直接把管心有引线的一面，对着衬底或管壳的布线图进行面对面的钎焊），施加一定的压力，在氢气中预热去除氧化层，升温至钎焊温度，保温一定时间，然后迅速降温到凝固点以下，再缓慢冷却至室温。

为了防止Au扩散到GaAs材料中，可用Pt-Mo-Pt结构的金属化阻挡层。

钎焊控制参数包括：加热温度、压力、钎焊时间、多层金属膜各层的厚度。

基本的工艺要求如下：

1）焊前应严格清洁处理管座、芯片、钎料片等。

2）尽量不使用助焊剂，以免杂质污染，必要时可使用焊后无残留的免清洗助焊剂。

3）低温下去除钎料氧化膜。钎焊时用低速大流量保护性气体（干氮气、氩气或氢-氮混合气体），防止钎料再氧化。

4）钎焊温度比钎料熔化温度约高20～50℃，使钎焊接头牢固。

5）钎料尽可能在加压的条件下凝固。

6）防止钎料漫流到芯片侧面。

7）施加适当的超声振动摩擦或平移揉动，使钎焊均匀。

8）严格控制钎焊温度和时间，避免在较高温度下加热时间过长，从而影响器件电参数。