在真空焊接設(shè)備上實(shí)現(xiàn)低空隙率焊接

    結(jié)合大功率MMIC芯片通常有兩種方法，兩步法和一步法。

    兩步法指的是連載三的介紹。首先，焊料塊在基板上熔化，然后用夾子夾住MMIC芯片并壓下。同時(shí)，通過一定振幅、、一定方向、的摩擦，將熔融焊料表層的氧化膜和氣體擠出一定次數(shù)，最終完成MMIC芯片的鍵合。

    兩步法通常采用手動(dòng)控制，包括手動(dòng)鑷子和手動(dòng)共晶機(jī)設(shè)備，一次只能焊接一個(gè)MMIC芯片。優(yōu)點(diǎn)是可以觀察到、來控制焊接過程，缺點(diǎn)是經(jīng)驗(yàn)特別重要，需要較高的操作技能。而且兩個(gè)以上的MMIC芯片焊接時(shí)，要多次熔化，焊接時(shí)間長，影響產(chǎn)品的可靠性。目前，對(duì)于多芯片，使用手動(dòng)鑷子或手動(dòng)共晶機(jī)逐個(gè)焊接功率芯片時(shí)，在焊接時(shí)間的控制上很難掌握、的對(duì)準(zhǔn)精度(50um以內(nèi))，對(duì)大功率MMIC芯片的電氣性能和可靠性會(huì)有很大影響，芯片的穿透率也很難控制。

    一步法是預(yù)裝基板、焊盤、芯片，加熱焊接。一步法通常由焊接設(shè)備(爐)完成，如真空爐、燃?xì)錉t、氣體保護(hù)隧道爐等。一步法可以同時(shí)焊接多個(gè)芯片，便于控制焊接過程，人為因素少。缺點(diǎn)是夾具設(shè)計(jì)要合理，特別是GaAs芯片容易被壓碎，而且缺少將芯片壓入破損氧化膜的工藝，因此焊接前的預(yù)處理和清洗工藝尤為重要。

具體解決方法如下：提高金錫焊料在焊接過程中的潤濕性，使其能夠快速潤濕和鋪展焊接表面；使功率芯片的鉬銅載體保持低粗糙度(有利于滲透和擴(kuò)散)；在功率芯片的焊接過程中，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，減少焊料的高溫氧化；并設(shè)計(jì)高精度夾具(方案一)對(duì)功率芯片進(jìn)行定位，保證芯片對(duì)準(zhǔn)精度；采用專用真空爐焊接設(shè)備，確保低空隙率焊接(方案二)。

    方案一：我們可以利用現(xiàn)有的真空燒結(jié)爐定制金錫焊料片(可以保證尺寸[敏感詞]的、和抗氧化和真空封裝性好的、的平整度)，在燒結(jié)過程中利用精密制作的壓制夾具(可以將倒裝工藝的金凸點(diǎn)技術(shù)引入夾具中)對(duì)芯片施加壓力，使金錫焊料可以擴(kuò)散潤濕而不損傷芯片表面。其定位由精密設(shè)計(jì)的夾具保證。壓具與芯片表面采用多點(diǎn)接觸(非表面接觸)。點(diǎn)接觸區(qū)域必須是芯片上沒有導(dǎo)體層的部分。壓制夾具上的凸點(diǎn)位置根據(jù)芯片的圖形情況設(shè)計(jì)形成，導(dǎo)體采用薄膜工藝生產(chǎn)。接觸點(diǎn)可以通過倒裝芯片技術(shù)中的金凸點(diǎn)工藝實(shí)現(xiàn)，其高度在50-100 m的數(shù)量級(jí)，不會(huì)損壞芯片表面的氣橋等敏感部件。壓塊的重量取決于芯片的尺寸測(cè)試，以及壓塊的結(jié)構(gòu)、材料(陶瓷基板、 kovar、鉬銅等。)需要進(jìn)行篩選和設(shè)計(jì)。這種壓制夾具的思路具有創(chuàng)新性，設(shè)計(jì)制造涉及的各個(gè)方面都比較困難，需要薄膜工藝、金凸點(diǎn)制造工藝等相關(guān)知識(shí)。

    方案二：專用設(shè)備——專用真空爐焊接設(shè)備是為了保證低空隙率焊接，即將芯片用設(shè)計(jì)加工好的精密石墨夾具夾住，然后放入爐中，先抽真空，排出芯片等部位的氣體，再通過數(shù)控充入一定量的高純氮?dú)猓缓蠹訜幔俪槌鰵怏w。當(dāng)加熱溫度達(dá)到金錫焊料熔化時(shí)，數(shù)控快速充入高壓氮?dú)猓剐酒趬毫ο赂玫貪櫇窈蛿U(kuò)散焊料。這樣，定位精度完全由夾具設(shè)計(jì)保證，穿透率由上述氣動(dòng)數(shù)控工藝保證，可實(shí)現(xiàn)多芯片、的高可靠性(低空隙率)高效焊接。