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自动金锡合金焊工艺

2021-12-22

   芯片自动共晶工艺的研究主要集中在真空共晶工艺和自动共晶芯片贴装工艺。合金焊料焊接具有电阻低、热导率高、焊接、后机械强度高、、工艺一致性好等优点。因此,对散热和性能要求较高的大功率芯片和大功率芯片链路的功率开关芯片、放大器芯片采用合金焊料焊接组装。根据不同芯片的特点和要求,分别采用真空共晶键合和自动共晶键合。大面积、大功率芯片对焊接空隙率要求较高,且易于使用工装,因此选择真空共晶焊接。功率开关芯片、为通用放大器芯片,等面积小,焊接组合灵活性高,工装使用困难,因此选用自动共晶键合。

    共晶焊接机理

    共晶焊接工艺是在低温下用共晶合金进行钎焊的工艺,即两种不同的合金以一定比例在远低于各自熔点的温度下形成低熔点合金,这种较低的温度称为共晶点。

    焊接原理

    将一定厚度的合金焊料片放在芯片和载体之间,在一定的真空或保护气氛中加热到合金的共晶点,使其熔化。在基底金属的润湿表面上,焊料和基底金属之间的原子距离接近原子间隙。此时原子的聚集力作用,将焊料和贱金属结合为一体,液体分子整齐排列成点阵状,通过分子间的相互吸引维持平衡。表面剩余的部分分子不能被重力释放,重力会吸引其他分子移动。焊接时,熔融焊料的原子靠近母材时会进入晶格,通过相互吸引形成键合状态。其他原子将移动到满足条件的空穴中,并保持在稳定的位置。熔融合金会浸润整个芯片基板的焊料层金属和载体的焊料层金属,通过一系列物理化学反应生成一定量的金属间化合物。然后,在冷却到共晶点以下的过程中,焊料和金属间化合物将芯片和载体焊接在一起,完成良好的欧姆接触,从而完成该过程。

    两个合金焊料块的选择

    金锡合金焊料具有良好的导热性、高强度、良好的润湿性、良好的抗氧化性、强耐腐蚀性、优异的抗热疲劳性和抗蠕变性,并且金锡焊接的相对温度较低,因此金锡合金焊接广泛用于功率芯片。焊料主要是预成型的焊料片,无需清洗即可[敏感词]控制焊料量。