Teknologi Penyolderan Eutektik Tin Emas untuk Cip Kuasa GaAs

Eutektik merujuk kepada fenomena pengelembapan eutektik dalam timah eutektik pada suhu yang relatif rendah. Kebanyakan alat logam eutektik bertukar dari pepejal kepada cecair tanpa melalui peringkat plastik, dan konduktiviti terma, rintangan, daya gunting, kebolehpercayaan dll adalah lebih baik berbanding lem epoksi tradisional.

Penyambungan eutektik digunakan secara meluas dalam penyambungan peranti frekuensi tinggi, kuasa tinggi, dan peranti LED dengan keperluan penyerapan haba tinggi disebabkan oleh kelebihan kekuatan penyambungan yang tinggi, daya gunting yang kuat, rintangan sambungan yang rendah, dan kecekapan pemindahan haba yang tinggi.

Mesin pemasangan permukaan automatik biasa mempunyai julat kawalan tekanan 10-250g, dan boleh diprogram dan dikawal untuk setiap penempatan. Ia juga mempunyai sistem maklum balas tekanan masa nyata, kaedah pemanasan plis, dan sistem pengesanan suhu masa nyata. Pembersihan bahan mentah menggunakan mesin pembersihan ultraviolet UV dan mesin pembersihan plasma BT.

Mesin itu pertama-tama meletakkan pembawa, tapak timah, dan cip pada jadual pemanasan pulsa mengikut urutan, dan menggunakan lubang hisap vakum atau peralatan untuk menetapkan pembawa. Apabila pembawa diletakkan di atas pentas panas, gas nitrogen bermula dikeluarkan di sekeliling pentas panas. Apabila cip diletakkan di atas tapak timah, pentas panas bermula memanaskan mengikut lengkung suhu yang ditetapkan. Selepas timah cair, kepala hisapan menggesek cip untuk melengkapkan basuhan timah. Parameter seperti kekerapan penggesekan, laluan, amplitud, tekanan, dll. boleh ditetapkan. Selepas penyejukan, timah pepejal secara automatik mesin itu memasukkan semula cip yang telah disinter ke dalam kotak waffle.

Untuk bahan eksperimen, pelbagai saiz pemutus emas dipotong secara mekanikal menggunakan mesin penebar, diikuti oleh pembersihan ultrasonik alkohol.

Pembawa itu mengambil bentuk 1:2:1 Cu/Mo/Cu, dengan Ni, Pd, dan Au dilapiskan di permukaannya. Sebelum digunakan, ia melalui proses pembersihan plasma, pengeringan ultrasonik alkohol, dan membersihkan sinar ultraungu untuk disimpan sebagai cadangan.

Chip itu menggunakan chip kuasa GaAs. Selepas bahan eksperimen disediakan, mereka diletakkan dalam bentuk kotak wafel di atas platform penyedia mesin tetapan permukaan. Kemudian, lengkung suhu, tekanan, garisan dan parameter lain dikawal melalui pemrograman. Seluruh proses eutektik diselesaikan secara automatik oleh mesin tetapan permukaan, mengurangkan kesan faktor manusia. Ukur daya gunting selepas penyelesaian eutektik.

Keputusan eksperimen ：

Tetapan lengkung suhu eutektik:

Lengkung suhu eutektik terutamanya merangkumi tiga peringkat: peringkat pra-pemanasan, peringkat eutektik, dan peringkat penyejukan. Fungsi utama peringkat pra-pemanasan adalah untuk mengeluarkan wangsa air di dalam peranti dan mengurangkan tekanan ketidakselarian terma; Peringkat eutektik bertanggungjawab atas pembentukan lapisan leburan kumpulan logam eutektik dan merupakan peringkat yang paling penting dalam proses penyambungan eutektik; Peringkat penyejukan adalah proses menyejuk peranti selepas penyelesaian eutektik, dan suhu serta kadar penyejukan akan mempengaruhi magnitud tekanan sisa di dalam peranti. Lengkung suhu tipikal ditunjukkan dalam Rajah 1.

T2 adalah 30-60 darjah lebih rendah, T2 adalah suhu eutektik, T3 adalah suhu penyejukan, yang boleh ditetapkan kepada 200-260 darjah. Disebabkan kesan besar suhu eutektik T2 terhadap kualiti lapisan eutektik, eksperimen perbandingan faktor tunggal telah dilakukan untuk menentukan T2. Analisis keputusan eksperimen menunjukkan bahawa apabila suhu meja panas adalah 320 darjah, timah akan sepenuhnya cair dan penyambungan eutektik boleh dilakukan. Untuk meningkatkan kebasahan dan kelikatan timah emas, suhu eutektik ditetapkan pada 320-330 darjah semasa penyambungan eutektik emas timah.

Selain itu, untuk tempoh pengekalan suhu eutektik T2, eksperimen perbandingan telah dilakukan menggunakan mikroskop elektron sken untuk mengamati struktur mikro lapisan eutektik pada pelbagai tempoh T2. Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 2.

Melalui analisis perbandingan, didapati bahawa dengan peningkatan masa eutektik, ketebalan lapisan IMC secara beransur-ansur meningkat dari 0.373um kepada 1.370um, dan pertumbuhan ketebalan IMC melambat selepas 160 saat eutektik. Berdasarkan analisis spektrum tenaga, satu lapisan komposit IMC yang terdiri daripada (Au, Ni) Sn dan (Ni, Au) 3Sn2 terbentuk pada antara muka lempeng/nikel. Analisis menunjukkan bahawa semasa proses eutektik, unsur kumpulan Ni bertahap membanjir ke dalam lapisan kumpulan Au Sn, menyebabkan lapisan (Au, Ni) Sn dengan jumlah kecil pepejal Ni dalam struktur kumpulan bertambah secara beransur-ansur, yang menyebabkan pertumbuhan lapisan IMC.

Penghubungan logam heterogen dalam penyambungan eutektik memerlukan IMC, oleh itu ketebalan tertentu lapisan IMC boleh membantu membaiki kualiti penyambungan. Walau bagaimanapun, lapisan IMC adalah satu sebatian rapuh, dan lapisan IMC yang terlalu tebal boleh mengurangkan secara signifikan kekuatan guntingan sambungan. Untuk memastikan pembentukan ketebalan IMC yang sesuai, masa keseluruhan eutektik dikawal pada 2-3 minit, dengan masa leburan eutektik 15-30 saat. Dalam keadaan ini, ketebalan lapisan IMC boleh dikawal antara 0.3-0.9um, dan kekuatan guntingan cip eutektik melebihi 9.15Kgf.

Kelebihan penyambungan eutektik berbanding penyambungan epoki terletak pada rintangan haba yang lebih rendah, yang dapat memenuhi keperluan penyerakan haba bagi cip kuasa tinggi. Oleh itu, rintangan haba bagi penyambungan eutektik adalah sangat penting. Rintangan haba struktur timah eutektik boleh dianalisis menggunakan formula rintangan haba: R = h/K.S, di mana R adalah nilai rintangan haba, h adalah ketebalan lapisan timah, K adalah kekonduksian haba bagi timah AuSn20, dan S adalah luas keratan rentas lapisan timah;

Untuk rintangan haba struktur keseluruhan, model ditunjukkan dalam Rajah 3. Proses analisis dikira berdasarkan pemindahan haba melalui proses penyebaran dalam kawasan aktif, mengikut pelan penyebaran 45 darjah, dan luas keratan rentas dikira berdasarkan kawasan efektif, iaitu hasil darab panjang dan lebar bahagian tengah permukaan trapezium.

Penafian: Kandungan artikel ini diambil dari Micro Assembly (seminar pengetahuan dan kongsi dalam bidang perakitan mikro). Hak cipta teks, bahan, gambar, dan kandungan lainnya adalah milik pengarang asal. Kandungan yang diterbitkan semula di laman web ini adalah untuk semua orang berkongsi dan belajar. Jika hak-hak sah dan kepentingan pengarang asal terjejas, sila maklumkan kami dengan segera dan kami akan menyusun untuk memadamkan kandungan yang relevan.