Guld-tin eutektisk lødnings teknologi til GaAs styrkets chips

Eutektisk henviser til fenomenet eutektisk fusion i eutektisk løgning ved relativt lave temperaturer. Eutektiske alloyer skifter direkte fra fast til væske uden at gå igennem den plastiske fase, og deres varmeledningevne, modstand, skæreforce, pålidelighed osv. er bedre end de traditionelle epoxybindinger.

Eutektisk velding bruges vidt om i veldingen af højfrekvens-, højeffektsenheder og LED-enheder med høj varmeanomalie på grund af dens fordele som høj veldingsstyrke, stærk skæreforce, lav forbindelsesmodstand og høj varmeoverførselseffektivitet.

Den konventionelle automatiske overfladeplaceringmaskine har en trykstyringsområde på 10-250g og kan programmeres og styres for hver placering. Den har også et system til reeltids trykfedback, en pulsvarmemetode og et system til reeltidstemperaturovervågning. Råvarens rengøring foretages ved hjælp af UV-ultraviolette rengøringsmaskiner og BT-plasmarengøringsmaskiner.

Maskinen placerer først bæreren, soldørpladen og chippen på pulsvarmebordet i rækkefølge og bruger vakuumssugning eller fastgørelseskopper til at fikse bæreren. Når bæreren placeres på varmekernen, begynder kulstofdioxidgas at blive frigivet omkring varmekernen. Når chippen placeres på soldørpladen, begynder varmekernen at opvarme efter den indstillede temperaturkurve. Efter at soldøren er smeltet, skraber sughovedet chippen for at fuldt ud våde soldøren. Parametre såsom skrabehyppighed, sti, amplitude, tryk mv. kan indstilles. Efter at kølede soldør har solidificeret, sætter maskinen automatisk de sinterede chips tilbage i waffleboksen.

For eksperimentelle materialer blev forskellige størrelser af guld-tin-soldør mekanisk skåret ved hjælp af en skåremaskine, efterfulgt af alkoholultralydrensning.

Bæreren anvender en 1:2:1 Cu/Mo/Cu form, med Ni, Pd og Au spredt på overfladen. Før anvendelse går den igennem en alkohol ultralyd tørings-, ultraviolet rensning- og plasma rensningsproces til backup-brug.

Chippen anvender GaAs effektskridder. Når eksperimentelle materialer er forberedt, placeres de i form af en waffleboks på fodpladen af overflade monteringsmaskinen. Herefter kontrolleres temperaturkurve, tryk, skrabning og andre parametre gennem programmering. Den fulde eutektiske proces udføres automatisk af overflade monteringsmaskinen, hvilket mindsker menneskelige faktorer. Mål skæringen efter færdiggjort eutektisk proces.

Eksperimentelle resultater ：

Indstilling af eutektisk temperaturkurve:

Eutektisk temperaturkurve omfatter hovedsageligt tre faser: forvarmingsfasen, eutektisk fase og kølefasen. Formålet med forvarmingsfasen er at fjerne vanddamp inde i enheden og reducere termisk mismatchesstress; Eutektisk fasen har hovedansvaret for opbygningen af den eutektiske lagt smeltet alloy og er den vigtigste fase i eutektisk svejsningsprocessen; Kølefasen er køleprocessen af enheden efter eutektisk færdiggørelse, og køletemperaturen og hastighed vil påvirke størrelsen af reststress inde i enheden. Den typiske temperaturkurve vises på figur 1.

T2 er 30-60 grader lavere, T2 er den eutektiske temperatur, T3 er køletemperaturen, som kan indstilles til 200-260 grader. På grund af den betydelige indvirkning af eutektisk temperaturen T2 på kvaliteten af eutektisk lag blev der udført et enkeltfaktorforligningseksperiment for at afgøre T2. Analyse af eksperimentelle resultater viser, at når varmen tabeller temperaturen er 320 grader, smelter lødet fuldt ud, og eutektisk velding kan udføres. For at øge vådningsevnen og flydende evne af guld-tin-løde sættes eutektisk temperaturen til 320-330 grader under guld-tin-eutektisk velding.

Desuden blev forligningseksperimenter foretaget med hensyn til holdtiden for eutektisk temperaturen T2 ved brug af scanning elektron mikroskop for at observere mikrostrukturen af eutektisk lag ved forskellige T2 tider. Eksperimentelle resultater vises i figur 2.

Gennem en sammenligningsanalyse blev det fundet, at med øgningen af eutektisk tid øgede sig tykkelsen af IMC-laget gradvist fra 0,373 μm til 1,370 μm, og væksten af IMC-tykkelsen blev langsommere efter 160 sekunder af eutektisk proces. Ifølge energispektrumanalyse dannes et IMC-sammensætningslag bestående af (Au, Ni) Sn og (Ni, Au) 3Sn2 ved soldernings/nickelgrænsefladen. Analyser viser, at under eutektisk proces diffunderer allieringen Ni element gradvist ind i Au Sn-allianslaget, hvilket fører til, at (Au, Ni) Sn-laget med en lille mængde Ni fast løsning i alliansstrukturen gradvist øges, hvilket forårsager vækst i IMC-laget.

Forbindelsen af heterogene metaller ved eutectic svejsning kræver IMC, så en vis tykkelse af IMC-lag kan bidrage til at forbedre svejsekvaliteten. Det er imidlertid en skrøbelig forbindelse, at IMC-laget er overdrevent tykt, og et overdrevent tykt IMC-lag kan betydeligt reducere svejsets skærestyrke. For at sikre dannelsen af en passende tykkelse af IMC-laget kontrolleres den samlede eutectic tid på 2-3 minutter, med en eutectic smeltetid på 15-30 sekunder. Under disse forhold kan tykkelsen af IMC-laget kontrolleres mellem 0,3-0,9um, og skjærstyrken af eutectic chip overstiger 9,15 kgf.

Fordelen ved eutektisk lægning i forhold til epoxybinding ligger i dets lavere termiske modstand, hvilket kan opfylde varmeafledningskravene for højeffektskridder. Derfor er den termiske modstand ved eutektisk lægning meget vigtig. Den termiske modstand af eutektiske solderstrukturer kan analyseres ved hjælp af formelen for termisk modstand: R = h/K.S, hvor R er værdien af termisk modstand, h er tykkelsen af solderlaget, K er termisk ledningsevne for AuSn20-solder og S er tværsnitsarealet af solderet.

For den samlede strukturelle termiske modstand vises modellen på figur 3. Analyseprocessen beregnes ud fra diffusionstransport i det aktive område, ifølge en diffusionsplan på 45 grader, og tværsnitsarealet beregnes ud fra det effektive område, dvs. længden bredde-produktplandet af midtsektionen af trapezoverfladen.

Ansvarsfraskrivelse: Indholdet i denne artikel er hentet fra Micro Assembly (en videnseminar og -deling inden for mikrosamling). Ophavsretten til teksten, materialer, billeder og andet indhold tilhører den oprindelige forfatter. Det genanbragte indhold på denne hjemmeside er til alle at dele og lære af. Hvis de legitime rettigheder og interesser for den oprindelige forfatter bliver berørt, bedes du informere os straks, og vi vil ordne sletning af det relevante indhold.