失效分析 赵工 半导体工程师 2022-07-30 08:19 发表于北京
做完芯片之后还是要做成器件才能真正了解芯片性能，对于电性能芯片就面临如何焊接的问题。芯片到封装体的焊接是指半导体芯片与载体（封装壳体或基片）之间形成牢固的、传导性或者绝缘性的连接方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接之外，还需为器件提供良好的散热通道。
芯片导电的焊接方式大概有以下几种：
1）用导电胶，就是胶水可以导电，聚合物里面加的有金属。粘上凝固就可以用，但是导热性能和导电性一般。
2）共晶焊
共晶焊是一个很有意思的现象，可以在较低的温度下焊接两种不同的金属。
又称低熔点合金焊接。共晶合金的基本特性是：两种不同的金属可在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金。在微电子器件中最常用的共晶焊是把硅芯片焊到镀金的底座或引线框上去，即“金-硅共晶焊”。众所周知，金的熔点1063℃，而硅的熔点更高，为1414℃。但是如果按照重量比为2.85 ％的硅和97.15％的金组合，就能形成熔点为 363 ℃的共晶合金体。这就是金硅共晶焊的理论基础。
共晶焊的金属种类对连接影响很大，目前主要可做工晶焊的合金为AuGe、AuSn、AuSi、SnIn、SnAg等等，其可使用真空/可控气氛共晶炉设备来实现。其具有热导率熬、电阻小、传热快、可靠性强，粘结后剪切力大的优点，适用于高频、大功率器件中芯片与基板的焊接。对于散热要求非常高的功率器件必须采用共晶焊接。
行业内的共晶工艺一般有以下几种：
(1) 点助焊剂与焊料进行共晶回流焊;
(2) 使用金球键合的超声热压焊工艺;
(3) 金锡合金的共晶回流焊工艺。
共晶回流焊主要针对的是PbSn、纯Sn、SnAg等焊接金属材料。这些金属的特点是回流温度相对较低。这一方法的特点是工艺简单、成本低，但其回流温度较低，不利于二次回流。
金锡合金的共晶回流焊工艺是利用金锡合金(20%的锡)在280℃以上温度时为液态，当温度慢慢下降时，会发生共晶反应，形成良好的连接。金锡共晶的优点是其共晶温度高于二次回流的温度，一般为290~310℃，整个合金回流时间较短，几分钟内即可形成牢固的连接，操作方便，设备简单;而且金锡合金与金或银都能够有较好的结合。
回流焊设备的原理图
真空回流焊炉
1、真空回流炉可以提供很低的氧气浓度和适当的还原性气氛，这样焊料的氧化程度得到大大地降低；
2、由于焊料氧化程度的降低，这样氧化物和焊剂反应的气体大大减少，这样就减少了空洞产生的可能性；
3、真空可以使得熔融焊料的流动性更好，流动阻力更小，这样熔融焊料中的气泡的浮力远远大于焊料的流动阻力，气泡就非常容易从熔融的焊料中排出；
4、由于气泡和外面的真空环境存在着压强差，这样气泡的浮力就会很大，使得气泡非常容易摆脱熔融焊料的限制。真空回流焊接后气泡的减少率可达99%，单个焊点的空洞率可小于1%，整板的空洞率可小于5%。一方面能够使得焊点可靠性和结合强度加强，焊锡的润湿性能加强，另一方面还能在使用的过程中减少对焊锡膏的使用，并且能够提高焊点适应不同环境要求，尤其高温高湿，低温高湿环境。
来源：芯片工艺技术
半导体工程师
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