CN105977173A - 一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法 - Google Patents

一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105977173A
CN105977173A CN201610340837.XA CN201610340837A CN105977173A CN 105977173 A CN105977173 A CN 105977173A CN 201610340837 A CN201610340837 A CN 201610340837A CN 105977173 A CN105977173 A CN 105977173A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
solder
welding
eutectic
stannum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610340837.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105977173B (zh
Inventor
王曦
狄隽
袁关东
查家宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Huahang Radio Measurement Research Institute
Original Assignee
Beijing Huahang Radio Measurement Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Huahang Radio Measurement Research Institute filed Critical Beijing Huahang Radio Measurement Research Institute
Priority to CN201610340837.XA priority Critical patent/CN105977173B/zh
Publication of CN105977173A publication Critical patent/CN105977173A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105977173B publication Critical patent/CN105977173B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/03—Manufacturing methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20—Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L24/09—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/03—Manufacturing methods
    • H01L2224/031—Manufacture and pre-treatment of the bonding area preform

Abstract

本发明涉及一种基于手工操作的高焊透率半导体裸芯片共晶焊接方法，该方法通过设置合理有效的手工共晶焊接工艺流程及设计使用通用型定位装卡工装，来大大提升半导体裸芯片手工共晶焊接的焊透率，并有效提高生产效率及工艺适用性。本发明尤其适合小批量、多品种研制类产品的应用实现，能够在确保焊接高质量的同时有效的较低生产成本，提高生产效率。

Description

一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法
技术领域
本发明属于电子组件封装领域，尤其涉及一种基于手工操作的半导体裸芯片高焊透率共晶焊接方法。
背景技术
MMIC以其体积小、重量轻、优良的高频特性及高可靠性，已广泛应用于军事卫星通信、相控阵雷达、导航等多种重要领域。微波电路通常频率较高(1GHz以上)，故芯片的接地状况影响着电路串扰和插入损耗，同时也带来了附加电容与震荡。同时T/R组件所用发射部分的大功率MMIC芯片的基体材料导热差，因此大功率芯片与基体(基板)的连接必须要有十分好的微波接地能力(低欧姆接触)和较好的散热能力，选用合金焊料进行共晶焊接较为合适。焊透率(被钎接面积/需焊接面积)直接反映了接地效果和散热能力，是整个技术的重要指标。
大功率MMIC芯片的基体材料导热差，为减小芯片内部的热阻，增强芯片的散热能力，在制造过程中MMIC芯片做的很薄(0.1mm左右)，同时GaAs是脆性材料(比硅更脆)，因此在焊接组装MMIC芯片时如果不小心或是焊接工艺方法存在不足，就可能导致芯片基体碎裂或划伤芯片表面的电路图形，因此对焊接工艺提出了更加严格的要求。
目前，为保证较高的共晶焊透率，在针对大批量芯片共晶时常采用真空烧结的方式进行，使用该方法必须针对每一种单一芯片制备专用的定位及夹持工装，且必须依靠真空烧结炉这种昂贵的设备来实现装配焊接，工艺实现成本很高，在针对小批量、多品种的研制类产品应用实现时也无法保证较高的生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高工艺适用性、低成本、高效的半导体裸芯片共晶焊接方法，通过设置合理有效的手工共晶焊接工艺流程及设计使用通用型定位装卡工装，来大大提升半导体裸芯片手工共晶焊接的焊透率，并有效提高生产效率及工艺适用性。
具体而言，本发明提供一种基于纯手工操作完成的高焊透率(95％以上)半导体裸芯片共晶焊接方法，包括以下步骤：
步骤一：对待焊接裸芯片特点进行分析，选定合适的焊片大小、厚度及合金种类；
步骤二：裁剪芯片焊接面搪锡用焊料片；裁剪芯片共晶用焊料片，按芯片外形进行裁剪；
步骤三：设置氮气保护热台温度，放置镀金金属板进行预热；
步骤四：镀金金属板上放置芯片搪锡用焊料片，待熔化后，使用芯片夹拾取芯片，在熔融焊料处向下施加压力顺时针研磨预定个数的循环后拾起芯片完成搪锡预处理；
步骤五：使用焊接定位工装对芯片热沉载片进行夹持，完成后整个工装固定于氮气保护热台上，热台开始加温；
步骤六：待热台温度达到设定值30s后，在热沉载片上芯片待焊接处放置裁剪好的芯片共晶用焊料片；
步骤七：待焊料熔融后，使用芯片夹拾取芯片，使裸芯片从长边一侧沿熔融焊料表层水平移动将氧化浮膜推出焊料表面，完成后再将芯片沿相反方向做同样操作回到初始位置；
步骤八：沿熔融焊料表层将裸芯片水平移动至焊料正中位置后，向下施加压力使芯片底面同热沉载片相接触，小幅度顺时针研磨预定个数的循环后松开芯片夹。
步骤九：将焊接工装整体从热台上取下置于冷却台上冷却，最后取下在热沉载片上完成共晶焊接的芯片组件；
进一步的，所述步骤二中，裁剪芯片焊接面搪锡用焊料片，尺寸为芯片实际面积的70％～80％。
进一步的，所述步骤二中，裁剪芯片共晶用焊料片，尺寸为芯片尺寸的85％～90％。
进一步的，所述步骤三中，设置氮气保护热台温度高于焊料熔点30～40℃。
进一步的，所述步骤四和步骤八中，预定个数的循环为3-6个循环。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的技术方案通过设置合理有效的手工共晶焊接工艺流程及设计使用通用型定位装卡工装，来大大提升半导体裸芯片手工共晶焊接的焊透率，并有效提高生产效率及工艺适用性，具有高工艺适用性、低成本、效率高的优点。本发明尤其适合小批量、多品种研制类产品的应用实现，能够在确保焊接高质量的同时有效的较低生产成本，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明基于手工共晶焊接方法的工艺流程图；
图2是焊接定位装卡工装示意。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明基于纯手工高焊透率共晶焊接方法的工艺流程如附图1所示。
对待焊接裸芯片特点及应用场合进行分析，选择合适成分的合金焊片，根据芯片实际尺寸确定焊片的大小及厚度。
根据芯片背面搪锡及共晶焊接的不同用途按照芯片大致形状等比缩小裁剪合金焊料片(其中搪锡用焊片尺寸为芯片面积的70％～80％，共晶用焊片尺寸为芯片面积的85％～90％)。
芯片及焊料片长期放置产生的氧化膜是造成芯片焊接过程中空洞率较高及焊接可靠性降低的重要因素。针对半导体裸芯片的共晶焊接首先要解决的就是焊接过程去氧化层的问题。为此，本方法中通过对芯片焊接前进行搪锡处理及焊接过程中的工艺方法保障来解决该问题。
为尽量减少加热过程中新氧化的产生，本方法的所有加热流程皆在具备氮气保护功能的加热台上进行。
首先对芯片背面进行搪锡处理，为避免因搪锡过程中焊料过多造成芯片上表面沾污，在选择焊料的时候尺寸不应过大，约芯片面积的70％～80％为最佳，厚度25微米。具体搪锡过程为：
①热台上夹持镀金金属板，设置高于焊料熔点30～40℃的温度对金属板进行加热。常用焊料片熔点为：80Au(金)20Sn(锡)＝280℃；88Au12Ge(锗)＝356℃；98Au2Si(硅)＝370℃。
②热台温度升到设定温度30s后，在镀金金属板上放置芯片搪锡用焊料片；
③待焊料片熔化后，使用芯片夹拾取芯片，在熔融焊料处向下施加压力顺时针研磨3-6个循环后拾起芯片完成待焊芯片背面的搪锡预处理。
由于芯片及热沉载片本身尺寸很小(一般面积为1～10mm2，厚度0.05～0.2mm)，在焊接过程中为提高生产效率及一次焊接合格率，本方法使用自制的通用型定位工装进行热沉载片的夹持定位，如附图2所示(综合考虑散热、材料硬度、热膨胀系数等因素后工装最终采用钛合金材料制作)。具体的共晶焊接工艺过程为：
①载体工装夹持完成后整个工装固定于氮气保护热台上进行预热；
②待热台温度达到设定值30s后，在热沉载片上芯片待焊接处放置裁剪好的芯片共晶用焊料片；
③待焊料熔融后，使用芯片夹拾取芯片，使裸芯片从长边一侧沿熔融焊料表层水平移动将氧化浮膜推出焊料表面，完成后再将芯片沿相反方向做同样操作回到初始位置。通过上述方法，最大限度的去除焊接过程中出现的氧化浮膜，从而保证最终的焊接效果；
④沿熔融焊料表层将裸芯片水平移动至焊料正中位置后，向下施加压力使芯片底面同热沉载片相接触，小幅度顺时针研磨3～6个循环后松开芯片夹，确保焊料在热沉载片表面及芯片背面得以充分、良好润湿；
⑤将焊接工装整体从热台上取下置于冷却台上冷却，最后取下在热沉载片上完成共晶焊接的芯片组件。
上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上，进行任何简单的变形或者替换，而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对待焊接裸芯片特点进行分析，选定合适的焊片大小、厚度及合金种类；
步骤二：裁剪芯片焊接面搪锡用焊料片；裁剪芯片共晶用焊料片；根据芯片背面搪锡及共晶焊接的不同用途按照芯片形状等比缩小裁剪合金焊料片；
步骤三：设置氮气保护热台温度，放置镀金金属板进行预热；
步骤四：镀金金属板上放置芯片搪锡用焊料片，待熔化后，使用芯片夹拾取芯片，在熔融焊料处向下施加压力顺时针研磨预定个数的循环后拾起芯片完成搪锡预处理；
步骤五：使用焊接定位工装对芯片热沉载片进行夹持，完成后整个工装固定于氮气保护热台上，热台开始加温；
步骤六：待热台温度达到设定值30s后，在热沉载片上芯片待焊接处放置裁剪好的芯片共晶用焊料片；
步骤七：待焊料熔融后，使用芯片夹拾取芯片，使裸芯片从长边一侧沿熔融焊料表层水平移动将氧化浮膜推出焊料表面，完成后再将芯片沿相反方向做同样操作回到初始位置；
步骤八：沿熔融焊料表层将裸芯片水平移动至焊料正中位置后，向下施加压力使芯片底面同热沉载片相接触，小幅度顺时针研磨预定个数的循环后松开芯片夹；
步骤九：将焊接工装整体从热台上取下置于冷却台上冷却，最后取下在热沉载片上完成共晶焊接的芯片组件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，裁剪芯片焊接面搪锡用焊料片，其尺寸为芯片实际面积的70％～80％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，裁剪芯片共晶用焊料片，其尺寸为芯片尺寸的85％～90％。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，设置氮气保护热台温度高于焊料熔点30～40℃。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤四和步骤八中，预定个数的循环为3-6个循环。
CN201610340837.XA 2016-05-20 2016-05-20 一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法 Active CN105977173B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610340837.XA CN105977173B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610340837.XA CN105977173B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105977173A true CN105977173A (zh) 2016-09-28
CN105977173B CN105977173B (zh) 2019-06-14

Family

ID=56956181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610340837.XA Active CN105977173B (zh) 2016-05-20 2016-05-20 一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105977173B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106413285A (zh) * 2016-11-22 2017-02-15 株洲天微技术有限公司 微电路模块背面预上锡方法及预上锡加热装置
CN106992127A (zh) * 2017-04-19 2017-07-28 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种极少产生焊料表面悬浮氧化物颗粒的共晶贴片方法
CN108109948A (zh) * 2017-11-22 2018-06-01 贵州振华风光半导体有限公司 一种表面贴装集成电路真空共晶焊接芯片定位的方法
CN109192672A (zh) * 2018-09-05 2019-01-11 济南市半导体元件实验所 一种硅芯片的烧结方法
CN110773832A (zh) * 2019-10-31 2020-02-11 中国科学院电子学研究所 共晶焊接装置及其应用
CN113517208A (zh) * 2021-07-13 2021-10-19 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种手动共晶贴片装置、系统及方法
CN113643987A (zh) * 2021-07-30 2021-11-12 南京长峰航天电子科技有限公司 一种载体裸片共晶工艺
CN114654039A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 深圳市振华微电子有限公司 采用预成型焊片对镀镍层搪锡的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050121420A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Tad Janicki Electric welder, electrode and method of use thereof for spot-weld tacking eutectic solder to thin film depositions on non-conductive substrates
CN1666839A (zh) * 2005-02-23 2005-09-14 中国电子科技集团公司第三十八研究所 气体保护下的芯片与载体的自对位软钎焊方法
CN103934534A (zh) * 2014-04-15 2014-07-23 北京卫星制造厂 一种厚膜基板与功率外壳的真空焊接方法
CN104934336A (zh) * 2015-04-28 2015-09-23 华东光电集成器件研究所 一种芯片共晶焊接方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050121420A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Tad Janicki Electric welder, electrode and method of use thereof for spot-weld tacking eutectic solder to thin film depositions on non-conductive substrates
CN1666839A (zh) * 2005-02-23 2005-09-14 中国电子科技集团公司第三十八研究所 气体保护下的芯片与载体的自对位软钎焊方法
CN103934534A (zh) * 2014-04-15 2014-07-23 北京卫星制造厂 一种厚膜基板与功率外壳的真空焊接方法
CN104934336A (zh) * 2015-04-28 2015-09-23 华东光电集成器件研究所 一种芯片共晶焊接方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘瑞霞: "共晶台摩擦功能及主要参数的研究", 《电子工业专用设备》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106413285A (zh) * 2016-11-22 2017-02-15 株洲天微技术有限公司 微电路模块背面预上锡方法及预上锡加热装置
CN106992127A (zh) * 2017-04-19 2017-07-28 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种极少产生焊料表面悬浮氧化物颗粒的共晶贴片方法
CN106992127B (zh) * 2017-04-19 2020-10-20 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种极少产生焊料表面悬浮氧化物颗粒的共晶贴片方法
CN108109948A (zh) * 2017-11-22 2018-06-01 贵州振华风光半导体有限公司 一种表面贴装集成电路真空共晶焊接芯片定位的方法
CN109192672A (zh) * 2018-09-05 2019-01-11 济南市半导体元件实验所 一种硅芯片的烧结方法
CN110773832A (zh) * 2019-10-31 2020-02-11 中国科学院电子学研究所 共晶焊接装置及其应用
CN110773832B (zh) * 2019-10-31 2021-03-23 中国科学院电子学研究所 共晶焊接装置及其应用
CN114654039A (zh) * 2020-12-23 2022-06-24 深圳市振华微电子有限公司 采用预成型焊片对镀镍层搪锡的方法
CN113517208A (zh) * 2021-07-13 2021-10-19 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种手动共晶贴片装置、系统及方法
CN113517208B (zh) * 2021-07-13 2022-06-03 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种手动共晶贴片装置、系统及方法
CN113643987A (zh) * 2021-07-30 2021-11-12 南京长峰航天电子科技有限公司 一种载体裸片共晶工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN105977173B (zh) 2019-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105977173A (zh) 一种高焊透率手工共晶焊接半导体裸芯片的方法
US11508694B2 (en) Chip assembly
KR102459745B1 (ko) 구리/세라믹스 접합체, 절연 회로 기판, 및, 구리/세라믹스 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법
CN109256337B (zh) 一种周长毫米级元件共晶焊接装置及焊接方法
US20070161266A1 (en) Stacked module and manufacturing method thereof
CN105428266B (zh) 具有介质桥的芯片倒装共晶键合方法及获得的产物
CN101939832A (zh) 热机械的倒焊芯片的模片焊接
CN102574361B (zh) 层合材料及其制造方法
CN110142475B (zh) 一种用于大功率igbt模块的无工装固定焊接方法
JPH077038A (ja) 電子パッケージ
CN103000559A (zh) 半导体芯片的定位夹具以及半导体装置的制造方法
US7874475B2 (en) Method for the planar joining of components of semiconductor devices and a diffusion joining structure
CN110961741A (zh) 一种ltcc基板钎焊方法
US20230144491A1 (en) Thermal lensing electrode in thermoelectric generators for improved performance
US20140103522A1 (en) Semiconductor substrate, semiconductor device, and method of manfacturing semiconductor substrate
CN108417501A (zh) 功率模块及其制备方法
CN112701087B (zh) 一种封装结构及封装方法
CN105405772B (zh) 一种二极管芯片熔焊方法
CN116817648A (zh) 陶瓷均温板及其制作方法
CN110278667B (zh) 一种微波介质板和载体一体化焊接方法
CN111755400B (zh) 散热元件及其制备方法和igbt模组
CN108581168B (zh) 一种散热芯片的固体焊接工艺
CN103715170A (zh) 半导体单元及其制造方法
CN112928099B (zh) 一种基于铝硅合金的bga互连载体及其制备方法
CN115722749A (zh) 一种局部感应加热扩散焊接方法及功率模块封装方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant