Технология за златно-свиновен евтектичен паян на чипове с мощност от GaAs

Евтектичното означава феномена на евтектичното топене при сравнително ниски температури при евтектичен спай. Евтектичните алойси преминават директно от твърд във теклив, без да минават през пластичната фаза, а техната термична проводимост, съпротивление, силата на разсечението, надеждността и други характеристики са по-добри от традиционното епоксидно свързване.

Евтектичното паяне се използва широко при сварката на високочестотни, високомощни устройства и LED устройства с висока необходимост за отмятане на топлина, благодарение на своите предимства – висока сила на сварката, силна сила на разсечението, ниско съпротивление на връзката и висока ефективност на прехвърлянето на топлина.

Традиционната автоматична машина за повърхностен монтаж разполага с диапазон за контрол на натиск от 10 до 250 грама и може да бъде програмирана и контролирана за всяко поставяне. Тя също има система за реално време за обратна връзка на натиска, метод на импулсно затопляне и система за детекция на температурата в реално време. Очистването на суровините използва UV ултравиолетова машина за очистване и BT плазмена машина за очистване.

Машината първо поставя носителя, пломбовия пад и чипа върху импулсното топлищно столче последователно и използва вакуумни отвори или фиксатори за закрепяване на носителя. Когато носителят е поставен върху горещата стъпка, азотния газ започва да се издава около нея. Когато чипът е поставен върху пломбовия пад, горещата стъпка започва да се топи според зададената температурна крива. След като пломбата се растопи, всмукващата глава скребе чипа, за да смачне напълно пломбата. Параметрите като честота на скърпане, път, амплитуда, налягане и др. могат да бъдат зададени. След като охлаждащата пломба се затвърди, машината автоматично връща запаените чипове в вафловата кутия.

За експерименталните материали, различни размери на златен-свинови пломби са механически изрязани с помощта на режачна машина, след което са подложени на ултразвуково промиване с алкохол.

Носителят има форма 1:2:1 Cu/Mo/Cu, с никъл, паладий и злато напуснати върху повърхнината. Преди прилагането, той минава през процес на ултразвуково изсъхване с алкохол, очистване с ултравиолетови лъчи и плазмено очистване за резервно използване.

Чипът е на база ГаАс мощен чип. След подготовкгото на експерименталните материали, те се разпределят в форма на вафлов кутия на платформата за хранене на машината за повърхностна монтажа. След това температурната крива, налягането, скърцането и другите параметри се контролират чрез програмиране. Целият евтектичен процес е автоматично завършен от машината за повърхностна монтажа, намалявайки влиянието на човешки фактори. Мерен е силата на отсичане след завършване на евтектичния процес.

Резултати от експеримента ：

Настройка на евтектичната температурна крива:

Кривата на евтектичната температура включва предимно три етапа: етап на предварително подгряване, евтектичен етап и етап на охлаждане. Основната функция на етапа на предварително подгряване е да премахне водяния пар от устройството и да намали термалния стрес от несъответствие; Евтектичният етап е главно отговорен за образуването на топлената сплавена слойка и е най-важният етап в процеса на евтектична сварка; Етапът на охлаждане е процесът на охлаждане на устройството след завършване на евтектиката, а температурата и скоростта на охлаждане ще повлияят върху размера на остатъчния стрес в устройството. Типичната температурна крива е показана на figura 1.

T2 е с 30-60 градуса по-ниска, T2 е евтектичната температура, а T3 е температурата за охлаждане, която може да бъде зададена между 200-260 градуса. Поради значителното влияние на евтектичната температура T2 върху качеството на евтектичния слой, е проведено сравнително експериментално изследване, за да се определи T2. Анализът на резултатите от експеримента показва, че когато температурата на горещата маса е 320 градуса, паялаят е напълно топлинен и може да се провежда евтектичен сваряване. За да се увеличи смачиваемостта и текучестта на златно-свиновата паяла, температурата на евтектичното сваряване се задава между 320-330 градуса.

Освен това, относно времето за задържане при евтектичната температура T2, са проведени сравнителни експерименти, като се наблюдава микроструктурата на евтектичния слой при различни времена T2 чрез сканиращ електронен микроскоп. Резултатите от експеримента са показани на фигура 2.

Чрез сравнителен анализ беше установено, че с увеличението на евтектичното време толщината на слоя IMC постепенно се увеличава от 0.373 мкм до 1.370 мкм, а растежът на толщина IMC се забавя след 160 секунди евтектика. Според енергийния спектър анализ, се образува композитен слой IMC, съставен от (Au, Ni) Sn и (Ni, Au) 3Sn2 в интерфейса между паяла и никел. Анализа показва, че по време на евтектичния процес, елементът никел постепенно се дифузира в ал oy-слоя Au Sn, което води до постепенното увеличение на слоя (Au, Ni) Sn с малко никелова твърдa растворена в алойната структура, причинявайки растежа на слоя IMC.

Съединението на различни метали при евтектичната сварка изисква ИМК (интерметално компаунд), така че определена дебелина на слоя ИМК може да помогне за подобряване на качеството на сварката. Всичко пак, слоите ИМК са хрупки компаунди и прекалено дебел ИМК слой може значително да намали силата на отсечка на сварката. За да се гарантира формирането на подходяща дебелина на слоя ИМК, общото евтектично време се контролира на 2-3 минути, с евтектичен период на топене от 15-30 секунди. При тези условия дебелината на слоя ИМК може да бъде контролирана между 0,3-0,9 мкм, а силата на отсечка на евтектичния чип надхвърля 9,15 кгс.

Преимуществото на евтектичното сварване пред епоксидното клеене се дължи на неговото по-ниско термично съпротивление, което може да отговаря на изискванията за отмятане на топлина при високомощностни чипове. Следователно термичното съпротивление на евтектичното сварване е много важно. Термичното съпротивление на евтектичните структури може да бъде анализирано чрез формулата за термично съпротивление: R = h/K.S, където R е стойността на термичното съпротивление, h е дебелината на слоя от паяж, K е термичната проводимост на AuSn20 паяж и S е поперечната площ на паяжа;

За термичното съпротивление на цялата конструкция модела е показан на figura 3. Процесът на анализ се изчислява според дифузията на топлинната прехвърляне в активната зона, според плана за дифузия под ъгъл 45 градуса, а поперечната площ се изчислява на базата на ефективната площ, т.е. планът за произведението от дължината и широчината на средната част на трапецовидната повърхност.

Предупреждение: Съдържанието на тази статия е взето от Micro Assembly (семинар и споделяне на знания в областта на микросъбрания). Авторското право върху текста, материали, снимки и друго съдържание принадлежи на оригиналния автор. Съдържанието, публикувано на този уебсайт, е предназначено за споделяне и обучение. Ако законните права и интереси на оригиналния автор бъдат нарушени, моля, известете ни незабавно и ще организираме изтриването на съответното съдържание.