PDF《工业设计论文薄膜基板芯片共晶焊技术研究》

预热阶段包括:升温-预热温度,主要作用起 到一个缓冲作用,使器件表面的温度均匀;

焊接阶段包括:升温-焊接温度,焊接是整个真空共晶焊接的主要过程, 温度达到焊接温度后焊料熔化,此时焊料与芯片和电路的金属层Au充分浸润;

冷却阶段主要包括降温过程,冷却速 率可以控制焊点的微结晶结构;

在焊接完成后,温度降到熔点以下,焊料由液态转变固态,形成高强度、导电导热良 好的焊接面,同时考虑到焊点迅速冷却可使焊料晶格细化,结合强度提高,焊点光亮,所以一般通过快速吹氮气的方 法提高降温速率.优化的共晶焊接工艺曲线如图7所示. 在各工艺参数中,最关键的就是共晶温度以及时间的选取.在设置温度曲线时,以保证焊接效果的前提下,焊接温度 和时间保持尽可能低.对于芯片共晶焊工艺,一般用剪切强度的大小和空洞的控制能力来评价试验结果,图8为焊接 峰值温度保持30s的情况下,芯片剪切强度与焊接温度的关系曲线. 从图中看出,焊接的温度在330℃左右其剪切强度达到最大,随着温度的进一步升高,芯片的剪切强度反而下降,这 主要因为焊接金属膜层被浸蚀的原因,经过试验优化我们确定最终的焊接温度为330℃,时间是30s.除此之外,在共 晶焊时,真空度、压力、升温速率、冷却速率等都直接影响到最终焊接质量,因此,在温度曲线设置时,要结合实际 情况综合考虑.

2 /

3 4共晶焊可靠性评价 4.1共晶焊接触电阻 共晶焊的接触电阻与空洞面积成正比关系,由于研究中很好控制住焊接空洞,按照优化的工艺参数焊接的样品空洞率 一般低于10%,所以接触电阻也比较小,但接触电阻随环境的改变会相应变化,特别是高温高湿环境下,互连金属的 氧化、电化学腐蚀以及聚合物吸潮都会导致接触电阻增加.研究表明,热循环、热冲击、高温高湿等环境以及外来冲 击载荷均会影响共晶焊的可靠性.为了验证共晶焊的可靠性,我们分别对试验样品进行了150℃高温贮存以及-65~15 0℃温度循环试验,图9,图10分别为随老化时间以及温循次数的增加共晶焊接触电阻的变化规律. 从图中看出,共晶焊的接触电阻控制在5%以内,完全满足共晶焊实用化要求. 4........