Teknolohiyang Gold Tin Eutectic Soldering para sa GaAs Power Chips

Ang eutectic ay tumutukoy sa fenomeno ng pagmamaligo na eutectic sa eutectic solder sa mga kumpletong mababang temperatura. Ang mga alloy na eutectic ay direktang nagbabago mula sa estado ng solidarityo papunta sa likido nang hindi dumadaan sa etapa ng plastiko, at ang kanilang kondutibidad ng init, resistensya, lakas ng shear, reliwablidad, atbp ay mas maganda kaysa sa tradisyonal na pagkakabit ng epoxy.

Ang eutectic na paglilipat ay madalas gamitin sa paglilipat ng mataas na frekwensiya, mataas na kapangyarihan ng mga device, at LED devices na may mataas na pangangailangan ng pagpapawis ng init dahil sa kanilang mga benepisyo tulad ng mataas na lakas ng paglilipat, malakas na lakas ng shear, mababang resistensya ng koneksyon, at mataas na epekibilidad ng pagsisiyasat ng init.

Ang konvensional na awtomatikong makina para sa surface mounting ay may saklaw ng kontrol ng presyon na 10-250g, at maaaring iprogram at kontrolin para sa bawat pagluluwas. Mayroon ding sistema ng real-time na feedback ng presyon, pamamaraan ng pulse heating, at sistema ng deteksyon ng temperatura sa real-time. Ang pagsisilbing materyales ay gumagamit ng UV ultraviolet cleaning machine at BT plasma cleaning machine.

Una ang makina na ilalagay ang carrier, solder pad, at chip sa pulse heating table nang may saklaw, at gumagamit ng mga butas para sa vacuum suction o fixtures upang itigil ang carrier. Kapag inilagay ang carrier sa hot stage, umuusbong ang nitrogen gas sa paligid ng hot stage. Kapag inilagay ang chip sa solder pad, simula ang hot stage na mag-init ayon sa itinakdang temperatura curve. Pagkatapos bumuhos ang solder, kinikisod ng suction head ang chip upang mabuti namang basahin ang solder. Ang mga parameter tulad ng frequency ng pagkikisod, landas, amplitude, presyon, atbp. ay maaaring itakda. Pagkatapos ma-solid ang malamig na solder, awtomatiko ang ipabalik ng makina ang mga sintered chips sa waffle box.

Para sa eksperimental na materiales, ginamit ang isang cutting machine upang mekanikal na putulin ang iba't ibang sukat ng gold tin solder, kasunod ng alcohol ultrasonic cleaning.

Ang carrier ay nag-aangkat ng anyo na 1:2:1 Cu/Mo/Cu, na may Ni, Pd, at Au na isinabog sa ibabaw. Bago ang aplikasyon, ito'y dumarilong ultrasoniko gamit ang alak, proseso ng pagsisigla ng ultravioleta, at pagsisikat ng plasma para sa paggamit bilang backup.

Ang chip ay gumagamit ng GaAs power chip. Pagkatapos maghanda ng mga eksperimental na materyales, ito'y inilalagay sa anyo ng waffle box sa platform ng pagdadala ng surface mount machine. Mula dun, kontrolado ang mga parameter tulad ng kurba ng temperatura, presyon, pagsusugat, at iba pa sa pamamagitan ng programming. Ang buong proseso ng eutectic ay awtomatikong kinumpleto ng surface mount machine, bumabawas sa impluwensya ng mga paktoryal na taoo. Sukatin ang shear force matapos ang paglubos ng eutectic.

Mga resulta ng eksperimento ：

Paggawa ng setting sa kurba ng temperatura ng eutectic:

Ang kurba ng eutektikong temperatura ay kabilang sa tatlong yugto: yugto ng pagsisigla, yugto ng eutektiko, at yugto ng paglamig. Ang pangunahing katungkulan ng yugto ng pagsisigla ay angalisin ang water vapor sa loob ng aparato at bawasan ang thermal mismatch stress; Ang yugto ng eutektiko ay pangunahing responsable para sa pagsisimula ng molten alloy sa eutektikong layer at ito ang pinakamahalagang yugto sa proseso ng eutektikong pagpupuno; Ang yugto ng paglamig ay ang proseso ng paglamig ng aparato matapos ang pagiging epektibo ng eutektiko, at ang temperatura at rate ng paglamig ay magdedekta sa dami ng residual stress sa loob ng aparato. Ang tipikal na kurba ng temperatura ay ipinapakita sa Figura 1.

Ang T2 ay 30-60 digri mas mababa, ang T2 ay ang eutektiko na temperatura, ang T3 naman ay ang temperatura ng paglalamig, na maaaring itakda sa 200-260 digri. Dahil sa malaking impluwensya ng temperatura ng eutektiko T2 sa kalidad ng lapis ng eutektiko, ginawa ang isang eksperimento ng komparatibong pagsusuri upang matukoy ang T2. Ang pagsusuri sa mga resulta ng eksperimento ay nagpapakita na kapag ang temperatura ng mesang mainit ay 320 digri, ang soldi ay lubos na natunaw at maaaring gawin ang eutektikong paghuhugis. Upang dagdagan ang kabitihan at likasot ng solding na may ginto't tin, itinatakda ang temperatura ng eutektiko sa 320-330 digri habang ginagawa ang eutektikong hugis ng ginto't tin.

Sa karagdagang, para sa oras ng pagsasaing ng temperatura ng eutektiko T2, ginawa ang mga eksperimentong komparatibo gamit ang scanning electron microscopy upang panood ang mikrostraktura ng lapis ng eutektiko sa iba't ibang oras ng T2. Nakita sa mga resulta ng eksperimento ay ipinapakita sa Figura 2.

Sa pamamagitan ng pagsusuri sa komparatibong analisis, natuklasan na kasama ang pagtaas ng eutektikong oras, ang kalakihan ng IMC layer ay dumadagdag nang paulit-ulit mula sa 0.373um hanggang 1.370um, at ang paglago ng kalakihan ng IMC ay nagpapalipad pagkatapos ng 160 segundo ng eutektiko. Ayon sa enerhiyang spektral na analisis, isang IMC na kompositong layer na binubuo ng (Au, Ni) Sn at (Ni, Au) 3Sn2 ay nabubuo sa interface ng solder/nikel. Ang analisis ay ipinapakita na habang nagaganap ang proseso ng eutektiko, ang elemento ng alupinin Ni ay maaaring madali-daliang magdulot ng paghahalo patungo sa Au Sn alloy layer, na nagiging sanhi para dumagdag ang (Au, Ni) Sn layer na may maliit na halaga ng Ni solid solution sa anyong pang-alyansa, na humahantong sa paglago ng IMC layer.

Ang pag-uugnay ng mga hindi magkakatulad na metal sa eutektikong paghuhusay ay kailangan ng IMC, kaya ang isang tiyak na kapaligiran ng layer ng IMC ay maaaring tumulong sa pagsama ng kalidad ng paghuhusay. Gayunpaman, ang layer ng IMC ay isang maagang kompound, at isang sobrang kapaligiran ng layer ng IMC ay maaaring mabawasan nang husto ang shear strength ng sambayan. Upang siguraduhin ang pormasyon ng isang wastong kapaligiran ng layer ng IMC, kontrolado ang kabuuang oras ng eutektiko sa 2-3 minuto, kasama ang oras ng pagmamelt ng eutektiko na 15-30 segundo. Sa mga kondisyon na ito, maaaring kontroluhin ang kapaligiran ng layer ng IMC sa pagitan ng 0.3-0.9um, at ang shear strength ng eutektikong chip ay humahabol ng higit sa 9.15Kgf.

Ang benepisyo ng eutektikong paghuhusay sa taas ng epoxy bonding ay nasa mas mababang resistensya sa init nito, na maaaring sundan ang mga kinakailangang pagpapalaba ng init ng mataas na kapangyarihang chips. Kaya't ang resistensya sa init ng eutektikong paghuhusay ay mahalaga. Ang resistensya sa init ng mga estraktura ng eutektikong tinubo ay maaaring i-analyze gamit ang formula para sa resistensya sa init: R=h/K.S, kung saan ang R ay ang halaga ng resistensya sa init, ang h ay ang kalatngan ng layer ng tinubo, ang K ay ang kondutibidad sa init ng AuSn20 tinubo, at ang S ay ang cross-sectional na lugar ng tinubo;

Sa kabuuan ng thermong resistensya ng estraktura, ang modelo ay ipinapakita sa Figura 3. Ang proseso ng pagsusuri ay binase sa pagkalkula batay sa difusyon ng transfer ng init sa aktibong lugar, ayon sa 45 degree diffusion plan, at ang cross-sectional na lugar ay binase sa pagkalkula batay sa epektibong lugar, o sa ibang salita, ang produkto ng haba at lapad ng gitnang bahagi ng trapezoidal na ibabaw.

Disclaimer: Ang nilalaman ng artikulong ito ay nakuha mula sa Micro Assembly (isang seminario at pagbabahagi ng kaalaman sa larangan ng micro assembly). Ang karapatan sa pagsusulat, mga materyales, imahe, at iba pang nilalaman ay nagmamay-ari ng orihinal na may-akda. Ang nilalaman na inulit sa website na ito ay para sa lahat upang makabahagi at matuto. Kung nasira ang tunay na karapatang-pribado at interes ng orihinal na may-akda, mangyaring ipaalala sa amin agad at ipapagawa namin ang pagtanggal ng mga tugmaing nilalaman.