车用垂直腔面发射激光器模组整板金锡共晶焊接工艺

激光雷达及飞行时间(ToF)传感器中垂直腔面发射激光器(VCSEL)模组使用的银胶固晶工艺存在银迁移及硫化问题,亟需开发一种可靠性高并可量产的整板金锡共晶焊接工艺。以单颗焊接模式下单因素实验及正交实验为基础,借助Ansys热仿真工具,探究整板焊接中基板与压头之间合适的匹配温度。单因素控制变量实验发现,固晶芯片推力随共晶温度、压头行程、共晶时间的增加先增大后减小,正交实验得到最佳工艺参数为共晶温度320℃、压头行程500μm、共晶时间4 s。采用优选工艺参数500μm、4 s、270~350℃进行整板焊接,平均固晶芯片推力为821 N,相较银胶固晶工艺提高了139%。

共蒸发法制备金锡共晶焊料环及其性能研究

采用电子束共蒸发法制备了金锡共晶(Au80Sn20)焊料环,与非制冷红外探测器芯片进行气密性封装。通过SEM、AFM、X-ray、振荡测试以及测漏氦等方式验证了封装后芯片的气密性和可靠性。结果表明:键合后焊料环无明显缺陷,仅存在轻微溢料现象;经过振荡测试,溢料无脱落、无位移,且芯片密封性能可达到1×10^(-3) Pa/(cm^(3)·s),符合探测器的气密性要求。

50GHz金锡封口CQFN外壳的研究及应用

随着芯片工作频率的升高,高频封装的需求日益增加。为满足高频单片微波集成电路(MMIC)封装需求,研究并设计了50GHz金锡封口陶瓷四边扁平无引线(CQFN)外壳。金锡封口的优点在于气密性,但频率更高时,封口环引入的焊盘阻抗失配、腔体谐振问题也更加明显。通过优化高频信号焊盘外围匹配结构,使其兼顾屏蔽特性、阻抗匹配及可靠性。同时优化盖板结构,消除了带内腔体谐振。为了评估外壳性能,设计了“印制电路板(PCB)+CQFN外壳+50Ω微带线”一体化结构,该结构在DC~53GHz频带内的实测结果为:回波损耗S_(11)<-13.4dB,插入损耗S_(21)>-1.5dB。完成芯片封装并实测,芯片封装前后带内外性能基本一致。

ICP-AES法同时测定金锡合金中13个杂质元素

试样用HCl-HNO3溶解,采用ICP-AES法同时测定金锡合金中铝、铍、铋、钙、镉、铬、铜、铁、镁、锰、镍、铅、锌等13个杂质元素。对基体金、锡的影响、元素分析谱线、背景校正、仪器分析参数等进行了研究,确定了最佳实验条件。样品加标回收率为90.2%～117.8%,相对标准偏差为3.6%～7.5%。方法操作简便、快速、准确。

金锡合金自动共晶焊接工艺参数优化研究

为了更好地控制共晶焊接空洞率和剪切力,提出了一种采用正交试验法优化自动共晶焊接参数的方法。对焊接温度、焊接时间、焊接压力三个关键参数采用正交法进行三因子两水平极差分析,得到了影响芯片金锡共晶焊接质量的主次因子及共晶焊接参数的最优组合。试验结果证明,使用优化的工艺参数,芯片焊接质量得到明显提升,共晶焊接区空洞率均值及芯片剪切力Cpk值均完全满足GJB548B的要求。

电化学制备金锡合金薄膜技术研究

共晶成分的金锡合金具有诸多优异性能,文章介绍了一种制备金锡合金的方法,采用该方法在陶瓷基体上面制备金锡薄膜焊料。对焊料的成分进行了检测,对焊料的焊接性能和焊接可靠性进行了测试。试验结果满足GJB548相关要求。

机械合金化法制备金锡合金

采用高能球磨机械合金化法制备了Au-20%Sn合金,分析了合金物相、组织和硬度随球磨时间的变化规律,探讨了合金塑性与合金组织及制备工艺的关系。结果表明:采用高能球磨机械合金化法可以制备Au-20%Sn合金;随球磨时间的增加,Au-20%Sn的合金化程度增加,组织中的金属间化合物逐渐增多,最终基本上为δ相和ζ′相;合金的硬度随球磨时间的延长逐渐升高,并在球磨60min后获得最高硬度104.2HV,然后开始下降;球磨后的合金粉末在190℃×2h的烧结过程中发生了不同程度的再结晶和晶粒长大,再结晶程度随球磨时间的延长而增加,导致烧结后合金硬度在球磨时间超过60min后反而下降。

高能球磨制备金锡合金钎料

采用高能球磨法制备金锡共晶合金钎料,研究球磨后样品的微观组织随球磨时间的演变规律。XRD的检测结果表明,随着球磨时间的延长,球磨后的样品中依次出现ε相(AuSn2)、δ相(AuSn)和ζ′相(Au5Sn)等金属间化合物,出现顺序与合金化程度密切相关。SEM及EDX的观察结果表明,随着球磨时间的延长,单质Au粉与Sn粉之间实现了充分的合金化,标志粉末处于焊合过程中的河流状变形带的密度逐渐降低,最后趋于消失,组织整体均匀性提高,获得了成分均匀的共晶合金。

金锡合金钎料研究现状

介绍AuSn20合金钎料的性能和制备方法。分析传统铸造拉拨轧制法、叠层冷轧复合法、电镀沉积法以及金锡钎料焊接工艺技术的利与弊及改进情况。

电镀金锡合金的影响因素

阐述了设备、夹具和工艺参数对金锡合金镀层成分和厚度的影响。提出利用X射线荧光检测仪分析镀层性能,并以热台辅助验证。通过合理设计夹具及调整镀液离子浓度、电流密度、电镀时间等工艺参数,可获得性能理想的金锡合金镀层。

氮化铝表面分层电镀制备金锡共晶薄膜工艺

采用分层电镀技术在氮化铝基板上制备了金锡共晶薄膜,主要工序为磁控溅射铜、电镀镍、电镀锡、电镀金和热处理。研究了电镀工艺和热处理的相关因素对金锡共晶膜层性能的影响,得到了可制得Au、Sn质量分数分别为(80±1)%和(20±1)%的金锡共晶合金膜的工艺参数。所得共晶膜可焊性良好,剪切强度优异。

采用金锡合金的气密性封装工艺研究

根据功率器件的气密性封装要求,设计了完整的金锡封焊工艺方法和流程,研究了工艺中的技术难点,提出了确保封装工艺稳定性和可靠性的技术要点。实验选用Au80Sn20预成型焊环作为封接材料对器件进行气密性封装。通过大量试验得出了最佳工艺曲线(包括温度、时间、气氛和压力等)。密封后的产品在经受各项环境试验和机械试验后,其结构完整性、电学特性、机械牢固性和封装气密性均能很好地满足要求,证明了采用倒置型装配的金锡封焊工艺的可行性及优越性。

镀覆工艺对功率外壳金锡/金硅焊接的可靠性研究

通过功率外壳金硅(AuSi)焊接失效案例,研究了铜-钼铜-铜(CPC)、铜-钼-铜(CMC)为热沉材料的功率外壳镀覆工艺,包括在CPC(或CMC)材料无氧铜表面高温重新形成晶格,采用外延生长型NiCo/Au替代Ni/Au镀层。镀覆工艺优化后,功率外壳金锡(AuSn)或AuSi芯片焊接可靠性得到了显著改善。

LTCC基板用金锡焊接中的焊料控制

针对在LTCC基板与壳体大面积金锡焊接可能出现的焊料溢出和堆积问题,提出了几种针对性的开槽或基板下沉控制焊料流淌的方法并进行了讨论。最终实现了无溢出焊接,X射线照片结果显示基板和壳体焊合孔隙面积在10%以内。

金锡钎料性能及应用

本文报道了成分为80％Au20％Sn合金钎料系列产品的综合性能、国产化产品特性及其在高可靠微电子器件制造工艺中的典型应用。

激光和热风重熔方法制得微小无铅钎焊接头中金锡化合物的形貌和分布

随着电子器件及产品向小型化、微型化方向发展，微小接头中的金含量会大比例提高。焊盘表面的金在重熔过程中会与钎料合金中的锡发生反应生成金属间化合物（IMCs），而IMCs的形貌和分布受控于重熔工艺，并会对接头可靠性产生重大影响。本研究中采用激光、热风重熔方法和直径为120微米的锡球制得了焊盘表面镀有不同厚度金层的直角结构接头，用来研究重熔工艺对金锡Iits形貌和分布的影响。研究发现：激光重熔微小接头中，大部分的金锡IMCs都呈针状或树枝状，并分布于钎料于焊盘的界面处。对于焊盘表面镀有厚度为0.1微米金的焊盘界面处并未发现大块装的金锡IMCs。而对于采用热风重熔方法得到的接头，大块状和短棒状的金锡IMCs会遍布整个接头。本文分析了造成金锡IMCs形貌和分布在两种接头中出现巨大差异的原因。

金锡共晶合金凝固研究进展(英文)

金锡二元共晶合金钎料是一种广泛应用于高可靠微电子与光电子器件封装中的连接材料,目前我国对该类高性能钎料的凝固与成形控制缺乏深入系统地研究。合金铸态组织粗大和硬脆性金属间化合物的不均匀分布是导致合金加工成形困难的根本原因,铸态组织细化将显著提高合金的加工成形性能。综述了合金的快速凝固、熔体温度处理、孕育形核处理和熔体混合处理等对金锡共晶合金凝固组织细化及组织演变规律影响等方面的研究进展。

LTCC基板金锡焊接的返修过程质量控制

低温共烧陶瓷(LTCC)基板与硅铝壳体的一体化烧结在航天T/R组件领域具有成熟而广泛的应用,但在实际生产中不可避免地存在因组件性能不达标而需要返修LTCC基板的情况。本文对LTCC基板的金锡返修焊接进行失效分析,指出在多个基板紧密贴合的组件中,各LTCC基板的间距应大于0.1 mm;对于需返修焊接的硅铝壳体,推荐采用化学镍+电镀镍的工艺制备镍层,并且电镀镍层的厚度应大于2μm。

真空炉金锡封焊

文章在介绍半导体金锡焊料封装工艺的基础上,重点对金锡焊料、炉温曲线设置等工艺技术问题进行了深入研究。基于大量的金锡焊料真空焊接封装实验及理论分析,研究了器件气密封装技术。讨论了封焊夹具、管帽镀层、合金状态、封接面表面、压块、焊料厚度以及加热程序对焊接质量的影响。密封后的产品在经过环境试验和机械试验考核后,封装气密性能很好地满足要求。并且结合应用背景证明了所采用的合金及封装工艺的可行性。

金锡焊料及其在电子器件封装领域中的应用

本文介绍了Au80%Sn20%焊料的基本物理性能。同时介绍了这种焊料在微电子、光电子封装中的应用。