Teknologi Perekat Eutektik Emas Timah untuk Chip Daya GaAs

Eutektik merujuk pada fenomena fusi eutektik dalam solder eutektik pada suhu yang relatif rendah. Logam eutektik berubah langsung dari padat ke cair tanpa melewati tahap plastis, dan konduktivitas termal, resistansi, gaya geser, serta keandalannya lebih unggul dibandingkan perekat epoksi tradisional.

Las eutektik digunakan secara luas dalam penyambungan perangkat frekuensi tinggi, daya tinggi, dan perangkat LED dengan persyaratan pendinginan tinggi karena keunggulan seperti kekuatan las yang tinggi, gaya geser yang kuat, hambatan sambungan yang rendah, dan efisiensi transfer panas yang tinggi.

Mesin pemasangan permukaan otomatis konvensional memiliki rentang kontrol tekanan 10-250g, dan dapat diprogram dan dikontrol untuk setiap penempatan. Selain itu, memiliki sistem umpan balik tekanan waktu-nyata, metode pemanasan impulsif, dan sistem deteksi suhu waktu-nyata. Pembersihan bahan mentah menggunakan mesin pembersih ultraviolet UV dan mesin pembersih plasma BT.

Mesin pertama kali meletakkan pembawa, landasan timah, dan chip di atas meja pemanas pulsa secara berurutan, dan menggunakan lubang hisap vakum atau alat tetap untuk menetapkan pembawa. Ketika pembawa diletakkan di atas panggung panas, gas nitrogen mulai dilepaskan di sekitar panggung panas. Ketika chip diletakkan di atas landasan timah, panggung panas mulai memanaskan sesuai dengan kurva suhu yang ditetapkan. Setelah timah meleleh, kepala hisap menggaruk chip untuk sepenuhnya membasahi timah. Parameter seperti frekuensi penggarukan, jalur, amplitudo, tekanan, dll. dapat diatur. Setelah timah mendingin dan mengeras, mesin secara otomatis meletakkan chip yang telah disinter kembali ke dalam kotak waffle.

Untuk bahan percobaan, solder emas timbal dengan ukuran berbeda dipotong secara mekanis menggunakan mesin pemotong, diikuti oleh pembersihan ultrasonik dengan alkohol.

Penyokong mengadopsi bentuk Cu/Mo/Cu 1:2:1, dengan Ni, Pd, dan Au disemprotkan pada permukaannya. Sebelum digunakan, ia menjalani proses pengeringan ultrasonik alkohol, pembersihan ultraviolet, dan pembersihan plasma untuk cadangan penggunaan.

Chip menggunakan chip daya GaAs. Setelah bahan eksperimen dipersiapkan, mereka ditempatkan dalam bentuk kotak wafel di platform pemberian mesin pemasangan permukaan. Kemudian, kurva suhu, tekanan, goresan, dan parameter lainnya dikontrol melalui pemrograman. Seluruh proses eutektik secara otomatis diselesaikan oleh mesin pemasangan permukaan, mengurangi pengaruh faktor manusia. Ukur gaya geser setelah penyelesaian eutektik.

Hasil eksperimen ：

Pengaturan kurva suhu eutektik:

Kurva suhu eutektik secara utama mencakup tiga tahap: tahap pemanasan awal, tahap eutektik, dan tahap pendinginan. Fungsi utama dari tahap pemanasan awal adalah untuk menghilangkan uap air di dalam perangkat dan mengurangi stres ketidaksesuaian termal; Tahap eutektik bertanggung jawab atas pembentukan lapisan paduan cair eutektik dan merupakan tahap yang paling penting dalam proses penyambungan eutektik; Tahap pendinginan adalah proses mendinginkan perangkat setelah selesai eutektik, dan suhu serta laju pendinginan akan memengaruhi besarnya stres residu di dalam perangkat. Kurva suhu tipikal ditunjukkan pada Gambar 1.

T2 adalah 30-60 derajat lebih rendah, T2 adalah suhu eutektik, T3 adalah suhu pendinginan, yang dapat diatur pada rentang 200-260 derajat. Karena dampak signifikan dari suhu eutektik T2 terhadap kualitas lapisan eutektik, eksperimen komparatif faktor tunggal dilakukan untuk menentukan T2. Analisis hasil eksperimen menunjukkan bahwa ketika suhu meja panas adalah 320 derajat, solder sepenuhnya cair dan pengelasan eutektik dapat dilakukan. Untuk meningkatkan kemampuan basah dan kelancaran solder emas timbal, suhu eutektik diatur pada 320-330 derajat selama pengelasan eutektik emas timbal.

Selain itu, untuk waktu pemeliharaan suhu eutektik T2, eksperimen komparatif dilakukan dengan menggunakan mikroskop elektron sinar pindai untuk mengamati struktur mikro lapisan eutektik pada berbagai waktu T2. Hasil eksperimen ditunjukkan pada Gambar 2.

Melalui analisis komparatif, ditemukan bahwa dengan peningkatan waktu eutektik, ketebalan lapisan IMC secara bertahap meningkat dari 0,373um menjadi 1,370um, dan pertumbuhan ketebalan IMC melambat setelah 160 detik eutektik. Menurut analisis spektrum energi, terbentuk lapisan komposit IMC yang terdiri dari (Au, Ni) Sn dan (Ni, Au) 3Sn2 pada antarmuka solder/nikel. Analisis menunjukkan bahwa selama proses eutektik, elemen Ni dalam paduan secara bertahap mendiffusi ke dalam lapisan paduan Au Sn, menyebabkan lapisan (Au, Ni) Sn dengan sedikit solid solusi Ni dalam struktur paduan secara bertahap meningkat, yang mengarah pada pertumbuhan lapisan IMC.

Penghubungan logam heterogen dalam las eutektik memerlukan IMC, sehingga ketebalan tertentu dari lapisan IMC dapat membantu meningkatkan kualitas las. Namun, lapisan IMC adalah senyawa rapuh, dan lapisan IMC yang terlalu tebal dapat secara signifikan mengurangi kekuatan geser las. Untuk memastikan pembentukan lapisan IMC dengan ketebalan yang sesuai, waktu keseluruhan eutektik dikontrol selama 2-3 menit, dengan waktu lelehan eutektik 15-30 detik. Dalam kondisi ini, ketebalan lapisan IMC dapat dikendalikan antara 0,3-0,9um, dan kekuatan geser chip eutektik melebihi 9,15Kgf.

Keunggulan penyolderan eutektik dibandingkan perekatan epoksi terletak pada resistansi termal yang lebih rendah, yang dapat memenuhi persyaratan penyerapan panas dari chip berdaya tinggi. Oleh karena itu, resistansi termal penyolderan eutektik sangat penting. Resistansi termal struktur solder eutektik dapat dianalisis menggunakan rumus resistansi termal: R = h/K.S, di mana R adalah nilai resistansi termal, h adalah ketebalan lapisan solder, K adalah konduktivitas termal dari solder AuSn20, dan S adalah luas penampang solder;

Untuk resistansi termal struktural keseluruhan, model ditunjukkan pada Gambar 3. Proses analisis dihitung berdasarkan transfer panas difusi di area aktif, sesuai dengan rencana difusi 45 derajat, dan luas penampang dihitung berdasarkan area efektif, yaitu hasil kali panjang dan lebar bagian tengah permukaan trapesium.

Penyangkalan: Konten artikel ini berasal dari Micro Assembly (seminar pengetahuan dan berbagi di bidang perakitan mikro). Hak cipta teks, materi, gambar, dan konten lainnya milik penulis asli. Konten yang direproduksi di situs web ini dimaksudkan untuk semua orang berbagi dan belajar. Jika hak-hak sah dan kepentingan penulis asli terganggu, harap beri tahu kami segera dan kami akan mengatur penghapusan konten terkait.