Tehnologija zlatno-cinovnog eutektičkog soldera za GaAs snage čipove

Eutektično se odnosi na pojava eutektične fuzije u eutektičnom solderu pri relativno niskim temperaturama. Eutektične aleje izravno prelaze iz čvrstog u tečnu fazu bez prolaska kroz plastičnu fazu, a njihova termodijefuzija, otpor, sile šejra, pouzdanost itd. su bolje od tradicionalnog epoksidnog lepljenja.

Eutektično spajanje je široko korišćeno za spajanje visokofrekventnih, visokosnaga uređaja i LED uređaja sa velikim zahtevima za odbacivanje topline zahvaljujući prednostima kao što su velika snaga spajanja, jak šearski sila, nizak otpor veze i visoka efikasnost prenosa topline.

Konvencionalni automatski stroj za površinsku montažu ima opseg kontrole tlaka od 10-250g i može se programirati i kontrolisati za svaku postavku. Takođe raspolazi sistemom stvarne vremenske povratne informacije o tlaku, metodom impulsne grejanja i sistemom stvarne vremenske detekcije temperature. Čišćenje sirovina obavlja se pomoću UV ultrafioletske mašine za čišćenje i BT plazmenske mašine za čišćenje.

Mašina prvo postavlja nosač, svačku i čip na stol za pulsni grejanje u nizu, koristeći vakuumski otvor ili fiksne delove da zakloni nosač. Kada se nosač postavi na vreli stol, oko njega počinje da se ispušta azotni plin. Kada se čip postavi na svačku, vreli stol počinje da greje prema podešenoj temperaturskoj krivoj. Nakon što se svačka rastopi, sugerni glava skriva čip kako bi se svačka potpuno umokri. Parametri kao što su frekvencija skidanja, putanja, amplituda, pritisak itd. mogu se podesiti. Nakon što se hladna svačka otopi, mašina automatski vraća pečenje čipova u waffle kutiju.

Za eksperimentalne materijale, različite veličine zlatno-činene svačke mehanički su isečene pomoću režnog stroja, a zatim je izvedeno alkoholno ultrazvučno čišćenje.

Nosilac uzima oblik 1:2:1 Cu/Mo/Cu, sa Ni, Pd i Au odbijanim na površini. Pre primene, podvrgava se procesu sušenja ulaznim zrakom, čišćenja ultrafioletovim svetlom i plazmom za rezervno korišćenje.

Čip koristi GaAs snaga čip. Nakon pripreme eksperimentalnih materijala, smestaju se u formi vafličaste kutije na platformu za unos na mašini za površinsku montažu. Zatim, temperatura kriva, pritisak, škrabanje i drugi parametri se kontroliraju putem programiranja. Cijeli eutektički proces je automatski izvršen od strane mašine za površinsku montažu, smanjujući uticaj ljudskih faktora. Meri se sila presjeka nakon završetka eutektske procedyre.

Rezultati eksperimenta ：

Postavljanje eutektičke temperature krive:

Krivulja eutektične temperature uglavnom uključuje tri faze: fazu pretopljenja, eutektičnu fazu i fazu hlađenja. Glavna funkcija faze pretopljenja je da ukloni vodu iz unutrašnjosti uređaja i smanji termalni stres neprilagođenosti; Eutektična faza je glavno odgovorna za formiranje toplog alijansa eutektičke slojeve i predstavlja najvažniju fazu u procesu eutektičkog savijanja; Faza hlađenja je proces hlađenja uređaja nakon završetka eutekcije, a temperatura i brzina hlađenja će uticati na veličinu ostaleg stresa unutar uređaja. Tipična krivulja temperature prikazana je na slici 1.

T2 je za 30-60 stepeni niža, T2 je eutektična temperatura, a T3 je temperatura hlađenja, koja se može postaviti na 200-260 stepeni. Zbog značajnog uticaja eutektične temperature T2 na kvalitet eutektičnog sloja, izvršen je eksperiment sa jednim faktorom za određivanje T2. Analiza rezultata eksperimenta pokazuje da kada je temperatura tople stolice 320 stepeni, loj je potpuno tijekao i može se izvršiti eutektično lepljenje. Da bi se povećala priljepljivost i tečnost zlato-svinčane loje, eutektična temperatura se tijekom zlatno-svinčanog eutektičnog lepljenja postavlja na 320-330 stepeni.

Pored toga, za vreme držanja eutektične temperature T2 su izvršeni komparativni eksperimenati koristeći skeniranje elektronskom mikroskopijom kako bi se promatrala mikrostruktura eutektičnog sloja za različita vremena T2. Rezultati eksperimenta prikazani su na slici 2.

Putem komparativne analize utvrđeno je da se debljina IMC sloja postepeno povećava sa 0.373 μm do 1.370 μm sa povećanjem eutektičkog vremena, a rast debljine IMC sloja usporava nakon 160 sekundi eutektičkog procesa. Prema energetsкој analizi, formira se IMC složeni sloj sastavljen od (Au, Ni) Sn i (Ni, Au) 3Sn2 na suvač/nikl interfejsu. Analiza pokazuje da tijekom eutektičkog procesa, element nikla se postepeno difundira u Au Sn aligaj sloj, što uzrokuje povećanje sloja (Au, Ni) Sn sa malim količinama Ni solidne disolucije u strukturi alija, što dovodi do rasta IMC sloja.

Povezivanje različitih metala u eutektičkom svarenju zahteva IMC, pa određena debljina sloja IMC može pomoći u poboljšanju kvaliteta svarenja. Međutim, sloj IMC je hrupeo sastojak, a prekomerno deblji sloj IMC može značajno smanjiti izdržljivost na presijecanje svarka. Da bi se osigurala formiranja odgovarajuće debljine sloja IMC, ukupno eutektično vreme se kontroliše na 2-3 minute, sa vremenom eutektičkog topljenja od 15-30 sekundi. U ovim uslovima, debljina sloja IMC može biti kontrolisana između 0.3-0.9 μm, a izdržljivost na presijecanje eutektičkog čipa premašuje 9.15 Kgf.

Prednost eutektičkog savijanja nad epoksidnom vezivom leži u njegovoj nižoj termalnoj otpornosti, što može ispunjiti zahtevе za odbacivanjem topline od visemoćnih čipova. Zbog toga je termalna otpornost eutektičkog savijanja vrlo važna. Termalna otpornost eutektičkih struktura savijanja može se analizirati pomoću formule za termalnu otpornost: R = h/K·S, gde je R vrednost termalne otpornosti, h debljina sloja savijanja, K tepovodnost AuSn20 savijanja, a S presečna površina savijanja;

Za termalnu otpornost celokupne strukture, model je prikazan na slici 3. Proces analize je izračunat na osnovu difuznog prenosa topline u aktivnoj zoni, prema planu difuzije od 45 stepeni, a presečna površina je izračunata na osnovu efektivne površine, tj. proizvoda dužine i širine srednjeg dela trapezne površine.

Napomena: Sadržaj ovog članka potiče iz Micro Assembly (znanstvenog seminara i dijeljenja znanjem u području mikro montaže). Autorski prava teksta, materijala, slika i drugog sadržaja pripadaju izvornom autoru. Sadržaj koji je reprodukovan na ovoj web stranici namijenjen je za zajedničko dijeljenje i učenje. Ukoliko se zakonska prava i interesi izvornog autora bude poštedjena, obavijestite nas odmah i organizirati ćemo brisanje odgovarajućeg sadržaja.