Au80Sn20合金焊料的制备及应用研究进展

含有80%金和20%锡(质量分数)的Au80Sn20合金焊料因其高熔点及免助焊剂等性能而被广泛应用于光电子封装和微电子封装领域。综述了Au80Sn20合金焊料的性能,分析了金锡叠层法、熔铸法、电镀沉积法和机械合金化法制备Au80Sn20合金焊料的工艺原理和特点,介绍了Au80Sn20合金焊料在气密封盖、管壳焊接及芯片封装等领域的焊接技术和应用情况,最后指出了Au80Sn20合金焊料的研究方向和应用前景。

Au80Sn20合金焊料制备工艺

针对高功率二极管激光器的封装要求,通过磁控溅射的方法制备了Au80Sn20合金焊料,使用扫描电子显微镜(SEM)观察其微结构和表面形貌;利用能谱仪(EDX)和X射线荧光测试仪分析其成分;采用差热分析法(DTA)测试其熔化温度,并用制备的Au80Sn20合金焊料进行了可焊性实验。结果表明:磁控溅射法可以制备Au80Sn20合金焊料,其制备的Au80Sn20合金焊料表面无明显缺陷,结构致密;成分与理论值接近;熔点与理论熔点接近;焊接浸润性好,空洞率小,强度大。

回流次数对Au80Sn20/Cu焊点显微组织及剪切性能的影响

采用回流焊接技术制备Au80Sn20/Cu焊点,研究其显微组织和剪切强度随回流焊接工艺参数之间的演变规律。结果表明:在焊接温度为310℃时,焊点界面处形成的(Au,Cu)5Sn金属间化合物(IMC)层随回流次数增加而增厚;IMC形貌由层状转变为扇贝状,最后成长为胞状;焊点剪切强度随回流次数增加而下降,回流1次后剪切强度为82.94 MPa,回流20次后下降至54.33 MPa;且回流焊接次数对焊点断口形貌和断裂方式造成影响:1次回流后在Cu/IMC界面发生韧性断裂;而3次和5次回流后断裂面分别出现在焊料中和IMC中,为韧性脆性混合断裂;回流次数超过10次后焊点发生脆性断裂。

Au80Sn20无铅钎料的可靠性研究

随着电子产品小型化、无铅化的发展,对焊接材料提出了更高的要求。无铅钎料Au80Sn20由于具有优良的力学性能,在高可靠性气密封装和芯片焊接中被广泛应用。综述了近几年来Au80Sn20的发展状况,重点介绍了该焊料的可靠性研究。

高功率二极管激光器Au80Sn20焊料焊接实验研究

半导体激光器封装工艺过程对于激光器的输出特性、寿命等性能有重要影响,其中焊料的选择和焊接工艺是最关键的因素。本文采用磁控溅射的方法,在WCu热沉上制备了Au80Sn20合金焊料,取代了传统的In焊料,并对焊接工艺进行了改进。国外沉积的和我们制备的Au80Sn20合金焊料焊接DL芯片后的性能参数很接近。充分说明双靶分层溅射镀膜可以实现二极管激光器的封装要求,从而为优化半导体激光器制备工艺和提高半导体激光器的性能奠定基础。

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%。

金带平行微隙焊工艺中Au80Sn20焊膏的应用

金带平行微隙焊工艺中,采用在金带和焊盘之间增加Au80Sn20焊膏的方法,将电阻焊工艺变为共晶工艺,成功实现500 μm×25 μm金带在Ni3~5 μm Au0.05~0.30 μm /Ni3~5 μm Au≥3 μm RO4350B焊盘的焊接。试验结果表明,金锡焊膏的引入可降低焊接参数值,有效解决焊接不牢或过焊的问题,实现可靠连接。通过控制焊膏用量及涂敷形状可实现合格焊点,适当缩短焊接时间,可有效解决焊点过宽的问题。

基于国产金锡焊料的功率芯片焊接工艺及可靠性研究

金锡焊料具有强度高、抗氧化性好、抗疲劳、蠕变性能优良等优点,在混合集成电路中得到越来越多的应用,尤其是在大功率高可靠集成电路中通过共晶焊接来降低封装热阻和提高芯片焊接可靠性。本文分析了国产金锡焊料的基础特性,基于国产金锡焊料采用手动方式进行功率芯片摩擦共晶焊接关键控制参数焊接工艺研究;对功率芯片金锡焊接宇航应用可靠性进行验证。结果表明,经历系列严苛的宇航环境热力学试验,剪切强度满足相关标准要求并保持强度稳定,显示了焊接的高可靠性。

微波芯片共晶焊接技术研究

利用共晶炉,采用Au80Sn20共晶焊片对GaAs微波芯片与MoCu载体进行了共晶焊接。利用推拉力测试仪、X射线衍射仪对焊接样品的焊接强度和孔洞率进行了测试。采用正交试验法分析了焊料尺寸、焊接压力及温度曲线等工艺参数对共晶焊接的影响。研究发现:各因素影响主次顺序为焊接压力、焊接曲线、焊片大小;当焊料尺寸为70%,焊接压力为0.001N/mm2,选用优化的温度曲线时,共晶焊接效果最优,孔洞率小于1%,剪切强度大于50N,满足GJB548B的要求。

多次回流下Au80Sn20微观演变及对半导体激光性能影响

研究了在多次回流下Au80Sn20焊层的微观演变机制及对半导体激光性能的影响,为采用自动化精密校准机械设备,多次回流实现激光叠阵自动化高精度封装提供技术支持。实验中,采用扫描电镜对不同回流次数下Au80Sn20焊层金属化合物(IMC)的SEM形貌特征进行了观察,并做EDS能谱组分分析。同时,对多次回流过程中各阶段进行光电性能测试,分析Au80Sn20焊料在多次回流焊接下的微观演变,以及对激光光电性能的影响。实验结果表明:对于相同芯片,同一封装形式,同批次的器件,在340℃,30s的回流焊接条件下,多次回流加热2~6次,即340℃间歇循环作用180s以内,Au80Sn20焊层演变主要在于微观相形态的变化,对激光光电性能影响不大;在加热到8~10次时,即340℃间歇循环作用300s左右,Au80Sn20焊层与芯片边界处出现柯肯达尔空洞;12~20次后,即340℃间歇循环作用至600s,柯肯达尔空洞融合变大,数量增多,致使半导体激光光电性能明显下降。