Guldburk Eutektisk Lötningsteknik för GaAs-effektkretsar

Eutektisk syftar till fenomenet med eutektisk fusion i eutektiskt löde vid relativt låga temperaturer. Eutektiska legeringar ändras direkt från fast till vätska utan att gå igenom den plastiska fasen, och deras värmeledningsförmåga, resistans, skjuvstyrka, pålitlighet, etc. är överlägsna i förhållande till traditionell epoxidbindning.

Eutektisk lötning används allmänt vid sammanslagning av högfrekventa, högeffektsenheter och LED-enheter med höga krav på värmeavledning tack vare dess fördelar som hög lödningsstyrka, stark skjuvstyrka, låg anslutningsresistans och hög värmeöverförings-effektivitet.

Den konventionella automatiserade ytmontage maskinen har ett tryckregleringsområde på 10-250g och kan programmeras och styras för varje placering. Den har också ett realtidstryckåterkopplingsystem, en pulsverksamhetsmetod och ett realtidstemperaturdetektionssystem. Råmaterialrensning använder UV-ultraviolett rensningsmaskin och BT-plasmarensningsmaskin.

Maskinen placerar först bäraren, lötningsplattan och chippet på pulsvarmväxlingsbordet i följd och använder vakuumssuglöcken eller fästmekanismer för att fixera bäraren. När bäraren placeras på hetstadiet börjar kvävegas släppas ut runt stadiet. När chippet placeras på lötningsplattan börjar hetstadiet värma enligt den inställda temperaturkurvan. När löten smelter, skrapar sughuvudet chippet för att fullt blöta ut löten. Parametrar som skrapningsfrekvens, väg, amplitud, tryck osv. kan ställas in. När det svalnade lödet har fastnat, lägger maskinen automatiskt de lasrade chippen tillbaka i waffelboxen.

För experimentella material skar man mekaniskt olika storlekar av guld-tinneslöde med hjälp av en skärmaskin, följt av alkoholultraljudsstädning.

Bäraren antar en 1:2:1 Cu/Mo/Cu-form, med Ni, Pd och Au som spatteras på ytan. Innan tillämpning går den igenom en alkoholultraljudsdrogning, UV-rengöring och plasmarengöringsprocess för reservanvändning.

Chippen använder GaAs-effektchip. När försöksmaterialen är förberedda placeras de i form av en waffelruta på matningsplattformen för surface mount maskinen. Därefter kontrolleras temperaturkurvan, tryck, skrapning och andra parametrar via programmering. Hela eutektiska processen utförs automatiskt av surface mount maskinen, vilket minskar påverkan av mänskliga faktorer. Mät shear-kraften efter att eutektiska processen är klar.

Resultat av experimentet ：

Inställning av eutektisk temperaturkurva:

Kurvlinjen för eutektisk temperatur omfattar huvudsakligen tre faser: förfärdningsfasen, eutektiska fasen och svalnadsfasen. Förfärdningsfasens huvudsakliga funktion är att ta bort vattenånga inom enheten och minska termisk mismatchspänning; Eutektiska fasen har som huvudsaklig uppgift att forma den eutektiska lager av smälta legeringen och är den viktigaste fasen i eutektiska svetsningsprocessen; Svalnadsfasen är processen att svalna ner enheten efter eutektisk slutförande, och både svalnadsemperaturen och hastigheten påverkar storleken på residualspänningen inom enheten. Den typiska temperaturkurvan visas i figur 1.

T2 är 30-60 grader lägre, T2 är den eutekta temperaturen, T3 är kölningsemperaturen, som kan ställas in på 200-260 grader. På grund av den betydande påverkan av eutekta temperaturen T2 på kvaliteten på eutektlagret utfördes en enskild faktor jämförelsesexperiment för att avgöra T2. Analysen av experimentresultaten visar att när hetbordets temperatur är 320 grader smälter lödet fullständigt och eutektiskt lösning kan genomföras. För att öka bevingningsförmågan och flytbarheten hos guld-tinlödet sätts eutekta temperaturen till 320-330 grader under guld-tin eutektsmältning.

Dessutom, för hålltiden vid eutekta temperaturen T2 utfördes jämförelsesexperimenter med skanningselektronmikroskop för att observera mikrostrukturen på eutektlagret vid olika T2 tider. Experimentresultaten visas i figur 2.

Genom jämförande analys upptäcktes att med ökningen av eutektisk tid ökade tjockleken på IMC-lagret alltfler från 0,373 µm till 1,370 µm, och tillväxten av IMC-tjockleken försenade sig efter 160 sekunders eutektisk process. Enligt energispektrumanalys bildas ett IMC-sammansättningslager bestående av (Au, Ni) Sn och (Ni, Au) 3Sn2 vid lödnings/nickelgränssnittet. Analysen visar att under eutektiska processen diffunderar nikelsättet i allt större utsträckning in i det Au Sn-alleglaget, vilket leder till att (Au, Ni) Sn-lagret med en liten mängd Ni fast lösning i allmogensstrukturen alltmer ökar, vilket i sin tur leder till tillväxten av IMC-lagret.

Anslutningen av heterogena metaller i eutektisk svetsning kräver IMC, så en viss tjockleken på IMC-lagret kan hjälpa till att förbättra svetskvaliteten. Dock är IMC-laget ett sprött förening, och ett för tjockt IMC-lager kan betydligt minska skjuvstyrkan hos svetsen. För att säkerställa bildning av ett lämpligt tjockt IMC-lager kontrolleras den totala eutektiska tiden på 2-3 minuter, med eutektisk smälttid på 15-30 sekunder. Under dessa villkor kan tjockleken på IMC-lagret kontrolleras mellan 0,3-0,9 µm, och skjuvstyrkan på eutektisk chipp överstiger 9,15 Kgf.

Fördelen med eutektisk svetsning jämfört med epoxybindning ligger i dess lägre termiska motstånd, vilket kan uppfylla värmeavledningskraven för högpresterande chippar. Därför är det termiska motståndet vid eutektisk svetsning mycket viktigt. Det termiska motståndet för eutektiska lödningsstrukturer kan analyseras med hjälp av formeln för termiskt motstånd: R = h/K·S, där R är termiskt motstånds-värdet, h är tjockleken på lödningslagret, K är den termiska ledningsförmågan för AuSn20-löd och S är tvärsnittsytan av lödet;

Vid analysen av det totala strukturella termiska motståndet visas modellen i figur 3. Beräkningsprocessen baseras på värmeutbredning i det aktiva området enligt en 45-grads spridningsplan, och tvärsnittsytan beräknas utifrån effektivytan, dvs. produkten av längd och bredd av mittenavsnittet på trapesytan.

Förklaring: Innehållet i denna artikel hämtas från Micro Assembly (en kunskapseminariel och delning inom området mikrosamling). Upphovsrätten till texten, material, bilder och annat innehåll tillhör den ursprungliga författaren. Det reproducerade innehållet på denna webbplats är för alla att dela och lära av. Om de lagliga rättigheterna och intressena hos den ursprungliga författaren kränks, vänligen meddela oss omedelbart och vi ordnar raderingen av det relevanta innehållet.