CN104002003B - 一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，包括如下步骤：(1)将待钎焊的芯片背面采用溅射Au工艺，进行背面金属化；(2)将待钎焊的芯片安装在集成电路封装外壳的待钎焊镀金装片区，并在待钎焊的芯片与待钎焊镀金装片区之间放入钎料；(3)、将待焊接试样放置在钎焊设备中按照特殊设计的工艺条件进行钎焊，本发明在钎焊过程中通过温度曲线优化结合真空度控制，用气压差来替代压块负载，并对温度区间、升温速率、保温时间以及真空度进行了优化设计，确定了最佳的工艺条件，避免了传统方法中采用负载对芯片的损伤问题，降低钎焊空洞率，显著提高了钎焊成品率和钎焊质量。

Description

一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法
技术领域
本发明属于半导体陶瓷封装工艺技术领域，具体涉及一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法。
背景技术
目前，集成电路封装中，采用钎焊装片的芯片尺寸通常小于10mm×10mm，钎焊装片过程中需要借助压块等负载提供芯片向下的力，使芯片、焊片和外壳基板接触的更加紧密，这就不可避免压块与芯片表面接触，无论是“点”接触还是“面”接触，都对芯片表面的清洁度提出了很高要求，然而芯片表面微小的硅粉和硅渣都会在压块的作用下导致芯片硌伤，而且压块在重复使用后表面容易沾污，并且会造成装片内部较大空洞率，严重影响钎焊装片成品率，并且对于芯片要求过于苛刻，导致一些极其容易硌伤的芯片无法进行钎焊装片。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，避免了传统方法中采用负载对芯片的损伤问题，降低钎焊空洞率，显著提高了钎焊质量。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，包括如下步骤：
步骤(一)、将待钎焊的芯片背面采用溅射Au工艺，进行背面金属化；
步骤(二)、将步骤(一)得到的待钎焊的芯片安装在集成电路封装外壳的待钎焊镀金装片区，并在所述待钎焊的芯片与所述待钎焊镀金装片区之间放入钎料；
步骤(三)、将步骤(二)得到的待焊接试样放置在钎焊设备中进行钎焊，具体过程如下：
(1)、从室温升温至175～185℃，升温速率为1～1.5℃/s，保温4～5分钟；
(2)、继续升温至215～225℃，升温速率为1～1.5℃/s，抽真空，使钎焊设备中的真空度降低至<0.001mbar；
(3)、继续升温至275～285℃，升温速率为1～1.5℃/s，并使钎焊设备中真空度升至0.45～0.55mbar；
(4)、继续升温至315～325℃，升温速率为1～1.5℃/s，并使钎焊设备中真空度保持在0.45～0.55mbar，保温2～3分钟；
(5)、降温至255～265℃，降温速率为1.8～2.2℃/s，并使钎焊设备中真空度保持在0.45～0.55mbar，之后再降温至室温，降温速率为3～4℃/s，完成钎焊。
在上述无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法中，步骤(二)中的钎料为Au80Sn20或Pb92.5Sn2.5Ag5。
在上述无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法中，待钎焊的芯片尺寸为1mm×1mm～10mm×10mm。
在上述无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法中，步骤(三)的(3)中充入氮气使钎焊设备中真空度升至0.45～0.55mbar。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明针对目前钎焊装片中出现的质量问题，设计了一种全新的钎焊方法，通过温度曲线优化结合真空度控制，用气压差来替代压块负载，避免了压块对芯片表面带来的损伤，在避免芯片硌伤的同时，显著提高了钎焊质量，降低芯片钎焊空洞率；
(2)、本发明在钎焊过程中通过控制真空度来代替负载进行钎焊装片，并对真空度进行了优选，在钎焊温度达到215-225℃时，真空度降低至<0.001mbar，通过抽真空过程将待钎焊芯片、钎料与外壳装片区间的气体隔膜抽空，使待钎焊芯片、钎料与外壳装片区紧密吸附到一起；当钎焊温度达到275～285℃时，通过充入氮气使钎焊设备中的真空度升至0.45～0.55mbar，使真空设备与待钎焊芯片、钎料及外壳装片区间的真空度产生压力差，通过压力差给待钎焊芯片提供一个合适的压力，并且通过抽真空的方式将待钎焊芯片、钎料及外壳装片区间的气泡抽空排出，降低芯片钎焊空洞率；
(3)、本发明通过大量试验对钎焊过程中温度区间、升温速率、保温时间以及真空度进行了优化设计，确定了最佳的工艺条件，进一步提高了钎焊质量和成品率，以及钎焊效率，并且试验表明，该设计的钎焊质量远远由于传统工艺方法，并且成品率从60％提高到99％以上，具有较强的实用性和较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中钎焊装片温度曲线示意图；
图2为本发明实施例1中5mm×5mm芯片钎焊装片X射线图；
图3为本发明实施例2中钎焊装片温度曲线示意图；
图4为本发明实施例2中5mm×5mm芯片钎焊装片X射线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
实施例1
步骤(一)、钎料选择
待钎焊芯片尺寸分别为1mm×1mm、5mm×5mm、10mm×10mm，选用Au80Sn20钎料。
步骤(二)、芯片背面金属化
待钎焊芯片背面采用溅射Au工艺，进行背面金属化。
步骤(三)、装片
将待钎焊的芯片安装在集成电路封装外壳的待钎焊镀金装片区，并在待钎焊的芯片与待钎焊镀金装片区之间放入Au80Sn20钎料；
步骤(四)、将待焊接试样放置在真空钎焊设备中进行钎焊，具体过程如下：
(1)、从室温(一般为15～30℃)升温至180℃，升温速率为1℃/s，保温4分钟；
(2)、继续升温至220℃，升温速率为1℃/s，抽真空，使钎焊设备中的真空度降低至<0.001mbar；
(3)、继续升温至280℃，升温速率为1℃/s，使钎焊设备中真空度升至0.5mbar；
(4)、继续升温至320℃，升温速率为1℃/s，钎焊设备中真空度保持在0.5mbar，保温2分钟；
(5)、降温至260℃，降温速率为2℃/s，钎焊设备中真空度保持在0.5mbar，之后再降温至室温，降温速率为3℃/s，完成钎焊。
如图1所示为本发明实施例1中钎焊装片温度曲线示意图，如图2所示为本发明实施例1中5mm×5mm芯片钎焊装片X射线图，本实施例得到的钎焊试样的成品率为100％，空洞率小于5％，剪切强度数据如下表1所示：
表1为芯片钎焊剪切强度数据
实施例2
步骤(一)、钎料选择
待钎焊芯片尺寸分别为1mm×1mm、5mm×5mm、10mm×10mm，选用Pb92.5Sn2.5Ag5钎料。
步骤(二)、芯片背面金属化
待钎焊芯片背面采用溅射Au工艺，进行背面金属化。
步骤(三)、装片
将待钎焊的芯片安装在集成电路封装外壳的待钎焊镀金装片区，并在待钎焊的芯片与待钎焊镀金装片区之间放入Pb92.5Sn2.5Ag5钎料；
步骤(四)、将待焊接试样放置在真空钎焊设备中进行钎焊，具体过程如下：
(1)、从室温升温至176℃，升温速率为1.5℃/s，保温5分钟；
(2)、继续升温至218℃，升温速率为1.5℃/s，抽真空，使钎焊设备中的真空度降低至<0.001mbar；
(3)、继续升温至280℃，升温速率为1.5℃/s，使钎焊设备中真空度升至0.52mbar；
(4)、继续升温至318℃，升温速率为1.5℃/s，钎焊设备中真空度保持在0.52mbar，保温2.5分钟；
(5)、降温至255℃，降温速率为2.2℃/s，钎焊设备中真空度保持在0.52mbar，之后再降温至室温，降温速率为3.5℃/s，完成钎焊。
如图3所示为本发明实施例2中钎焊装片温度曲线示意图，如图4所示为本发明实施例2中5mm×5mm芯片钎焊装片X射线图，本实施例得到的钎焊试样的成品率为100％，空洞率小于5％，剪切强度数据如下表2所示：
表2为芯片钎焊剪切强度数据
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(一)、将待钎焊的芯片背面采用溅射Au工艺，进行背面金属化；
步骤(二)、将步骤(一)得到的待钎焊的芯片安装在集成电路封装外壳的待钎焊镀金装片区，并在所述待钎焊的芯片与所述待钎焊镀金装片区之间放入钎料；
步骤(三)、将步骤(二)得到的待焊接试样放置在钎焊设备中进行钎焊，具体过程如下：
(1)、从室温升温至175～185℃，升温速率为1～1.5℃/s，保温4～5分钟；
(2)、继续升温至215～225℃，升温速率为1～1.5℃/s，抽真空，使钎焊设备中的真空度降低至<0.001mbar；
(3)、继续升温至275～285℃，升温速率为1～1.5℃/s，并使钎焊设备中真空度升至0.45～0.55mbar；
(4)、继续升温至315～325℃，升温速率为1～1.5℃/s，并使钎焊设备中真空度保持在0.45～0.55mbar，保温2～3分钟；
(5)、降温至255～265℃，降温速率为1.8～2.2℃/s，并使钎焊设备中真空度保持在0.45～0.55mbar，之后再降温至室温，降温速率为3～4℃/s，完成钎焊。
2.根据权利要求1所述的一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，其特征在于：所述步骤(二)中的钎料为Au80Sn20或Pb92.5Sn2.5Ag5。
3.根据权利要求1所述的一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，其特征在于：所述待钎焊的芯片尺寸为1mm×1mm～10mm×10mm。
4.根据权利要求1所述的一种无需负载低空洞率的真空钎焊装片工艺方法，其特征在于：所述步骤(三)的(3)中充入氮气使钎焊设备中真空度升至0.45～0.55mbar。
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