CN107731695A - 共晶芯片组件的烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共晶芯片组件的烧结方法，所述烧结方法包括：初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片放置在腔体内，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；烧结处理：将预装组件依次进行第一烧结处理和第二烧结处理；解决了现有的共晶芯片组件的烧结方法时间长，合金焊料易氧化，最终影响共晶芯片组件烧结在腔体上的焊透率、剪切强度以及散热效果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微波器件烧结技术领域，具体地，涉及一种共晶芯片组件的烧结方法。
背景技术
随着集成电路技术的发展，出现小型化、集成度高的微波功率芯片，通常功率芯片为保证其散热效果好，需将芯片共晶在载体上，形成共晶芯片组件。共晶芯片组件安装在腔体上的工艺一般有两种方法：第一种方法，将共晶芯片组件用环氧胶粘接在腔体上，这种工艺适用于功率小发热量不是很大的芯片；第二种方法，将共晶芯片组件用合金焊料烧结在腔体上，散热效果好，适用于大功率芯片。对于用合金焊料来烧结单个共晶芯片组件来说，由于操作时间短，合金焊料不易氧化，但是按现有工艺技术在腔体上逐个烧结多个共晶芯片组件，所用的时间长，合金焊料会氧化，影响共晶芯片组件烧结在腔体上的焊透率、剪切强度以及散热效果，最后影响产品的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种共晶芯片组件的烧结方法，解决了现有的共晶芯片组件的烧结方法时间长，合金焊料易氧化，最终影响共晶芯片组件烧结在腔体上的焊透率、剪切强度以及散热效果的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种共晶芯片组件的烧结方法，所述烧结方法包括：
(1)初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片放置在腔体内，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；
(2)烧结处理：将预装组件依次进行第一烧结处理和第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为155-165℃，烧结的时间为325-333s，烧结的环境压力为4.5-5.5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为215-225℃，烧结的时间为145-155s，烧结的环境压力为9.5-10.5Pisg。
优选地，在步骤(2)中，烧结处理在真空共晶炉中进行，且烧结处理的方法还包括：对真空共晶炉进行抽真空，之后通入保护气体，排出保护气体后进行第一烧结处理。
优选地，抽真空的时间为35-45s，保护气体的通入时间为5-8s，保护气体的通入流量为3-5L/min。
优选地，保护气体选自氮气和/或氦气。
优选地，在步骤(1)中，焊料片在使用前需进行预处理，预处理的方法包括：依次将焊料片进行超声清洗和等离子清洗。
优选地，超声清洗的时间为9-11min，超声清洗的功率为60-70W，等离子清洗的时间为2-4min，等离子清洗的射频功率为400-600W。
优选地，在超声清洗中，清洗液为乙醇、乙醚和丙酮中的一种或多种。
优选地，助焊剂选自阿尔法助焊剂EF9301、阿尔法助焊剂EF8000和阿尔法助焊剂RF800PT中的一种或多种。
优选地，焊料片的表面积大于共晶芯片组件的表面积。
优选地，共晶芯片组件为矩形，其长边的长度为a，宽边的长度为b；焊料片为矩形，其长边的长度为a+0.6mm，宽边的长度为b+0.6mm。
根据上述技术方案，本发明提供了一种共晶芯片组件的烧结方法，所述烧结方法包括：初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片放置在腔体内，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；烧结处理：将预装组件依次进行第一烧结处理和第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为155-165℃，烧结的时间为325-333s，烧结的环境压力为4.5-5.5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为215-225℃，烧结的时间为145-155s，烧结的环境压力为9.5-10.5Pisg。本发明提供的烧结方法，该方法通过设置合理有效的工艺流程，一次性烧结多个共晶芯片组件，无需逐个进行烧结，通过合理的设置烧结时间和温度，从而提高产品的可靠性，保证产品的质量。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种共晶芯片组件的烧结方法，所述烧结方法包括：
(1)初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片放置在腔体内，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；
(2)烧结处理：将预装组件依次进行第一烧结处理和第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为155-165℃，烧结的时间为325-333s，烧结的环境压力为4.5-5.5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为215-225℃，烧结的时间为145-155s，烧结的环境压力为9.5-10.5Pisg。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了避免在烧结过程中，焊料片和共晶芯片组件发生氧化现象，在步骤(2)中，烧结处理在真空共晶炉中进行，且烧结处理的方法还包括：对真空共晶炉进行抽真空，之后通入保护气体，排出保护气体后进行第一烧结处理。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了避免在烧结过程中，焊料片和共晶芯片组件发生氧化现象，抽真空的时间为35-45s，保护气体的通入时间为5-8s，保护气体的通入流量为3-5L/min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了避免在烧结过程中，焊料片和共晶芯片组件发生氧化现象，保护气体选自氮气和/或氦气。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了提高焊接效果，避免焊料片上的污渍影响后续焊接，在步骤(1)中，焊料片在使用前需进行预处理，预处理的方法包括：依次将焊料片进行超声清洗和等离子清洗。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了提高焊接效果，避免焊料片上的污渍影响后续焊接，超声清洗的时间为9-11min，超声清洗的功率为60-70W，等离子清洗的时间为2-4min，等离子清洗的射频功率为400-600W。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了提高焊接效果，避免焊料片上的污渍影响后续焊接，在超声清洗中，清洗液为乙醇、乙醚和丙酮中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高焊接效果，减少焊接时间，助焊剂选自阿尔法助焊剂EF9301、阿尔法助焊剂EF8000和阿尔法助焊剂RF800PT中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得共晶芯片组件能够牢固的被焊接在腔体内，焊料片的表面积大于共晶芯片组件的表面积。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了使得共晶芯片组件能够牢固的被焊接在腔体内，共晶芯片组件为矩形，其长边的长度为a，宽边的长度为b；焊料片为矩形，其长边的长度为a+0.6mm，宽边的长度为b+0.6mm。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片(型号为阿尔法助焊剂EF9301)放置在腔体内(焊料片在使用前需进行预处理，预处理的方法包括：依次将焊料片进行超声清洗和等离子清洗，超声清洗的时间为9min，超声清洗的功率为60W，等离子清洗的时间为2min，等离子清洗的射频功率为400W)，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；在超声清洗中，清洗液为乙醇；
烧结处理：将预装组件放置在真空共晶炉(型号为SST3130)中，对真空共晶炉进行抽真空(抽真空的时间为35s)，之后通入保护气体(保护气体为氮气，通入时间为5s，通入流量为3L/min)，排出保护气体后进行第一烧结处理依，之后进行第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为155℃，烧结的时间为325s，烧结的环境压力为4.5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为215℃，烧结的时间为145s，烧结的环境压力为9.5Pisg。将最终制得的组件利用X光检测设备测试焊透率，经测试发现焊料片熔化均匀，单个空洞面积比为4％，整体焊透率为85％，完全满足国标对该工序的要求。
实施例2
初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片(型号为阿尔法助焊剂EF8000)放置在腔体内(焊料片在使用前需进行预处理，预处理的方法包括：依次将焊料片进行超声清洗和等离子清洗，超声清洗的时间为11min，超声清洗的功率为70W，等离子清洗的时间为4min，等离子清洗的射频功率为600W)，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；在超声清洗中，清洗液为丙酮；
烧结处理：将预装组件放置在真空共晶炉(型号为SST3130)中，对真空共晶炉进行抽真空(抽真空的时间为45s)，之后通入保护气体(保护气体为氮气，通入时间为8s，通入流量为5L/min)，排出保护气体后进行第一烧结处理依，之后进行第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为165℃，烧结的时间为333s，烧结的环境压力为5.5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为225℃，烧结的时间为155s，烧结的环境压力为10.5Pisg。将最终制得的组件利用X光检测设备测试焊透率，经测试发现焊料片熔化均匀，单个空洞面积比为3.5％，整体焊透率为86％，完全满足国标对该工序的要求。
实施例3
初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片(型号为阿尔法助焊剂RF800PT)放置在腔体内(焊料片在使用前需进行预处理，预处理的方法包括：依次将焊料片进行超声清洗和等离子清洗，超声清洗的时间为10min，超声清洗的功率为65W，等离子清洗的时间为3min，等离子清洗的射频功率为500W)，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；在超声清洗中，清洗液为乙醚；
烧结处理：将预装组件放置在真空共晶炉(型号为SST3130)中，对真空共晶炉进行抽真空(抽真空的时间为40s)，之后通入保护气体(保护气体为氦气，通入时间为7s，通入流量为4L/min)，排出保护气体后进行第一烧结处理依，之后进行第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为160℃，烧结的时间为330s，烧结的环境压力为5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为220℃，烧结的时间为150s，烧结的环境压力为10Pisg。将最终制得的组件利用X光检测设备测试焊透率，经测试发现焊料片熔化均匀，单个空洞面积比为4％，整体焊透率为84％，完全满足国标对该工序的要求。
对比例1
按照实施例3的方法进行，不同的是，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为145℃，烧结的时间为300s，烧结的环境压力为4Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为200℃，烧结的时间为135s，烧结的环境压力为8Pisg。将最终制得的组件利用X光检测设备测试焊透率，经测试发现焊料片熔化均匀，单个空洞面积比为8％，整体焊透率为70％。
对比例2
按照实施例3的方法进行，不同的是，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为175℃，烧结的时间为350s，烧结的环境压力为6Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为235℃，烧结的时间为165s，烧结的环境压力为12Pisg。将最终制得的组件利用X光检测设备测试焊透率，经测试发现焊料片熔化均匀，单个空洞面积比为6.5％，整体焊透率为68％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种共晶芯片组件的烧结方法，其特征在于，所述烧结方法包括：
(1)初步安装：在工件的腔体内涂覆助焊剂，之后将多个焊料片放置在腔体内，在每个焊料片表面涂覆助焊剂，将共晶芯片组件分别压紧在每个焊料片表面，形成预装组件；
(2)烧结处理：将预装组件依次进行第一烧结处理和第二烧结处理；其中，第一烧结处理的条件包括：烧结的温度为155-165℃，烧结的时间为325-333s，烧结的环境压力为4.5-5.5Pisg；第二烧结处理的条件包括：烧结的温度为215-225℃，烧结的时间为145-155s，烧结的环境压力为9.5-10.5Pisg。
2.根据权利要求1所述的烧结方法，其中，在步骤(2)中，烧结处理在真空共晶炉中进行，且烧结处理的方法还包括：对真空共晶炉进行抽真空，之后通入保护气体，排出保护气体后进行第一烧结处理。
3.根据权利要求2所述的烧结方法，其中，抽真空的时间为35-45s，保护气体的通入时间为5-8s，保护气体的通入流量为3-5L/min。
4.根据权利要求2或3所述的烧结方法，其中，保护气体选自氮气和/或氦气。
5.根据权利要求1所述的烧结方法，其中，在步骤(1)中，焊料片在使用前需进行预处理，预处理的方法包括：依次将焊料片进行超声清洗和等离子清洗。
6.根据权利要求5所述的烧结方法，其中，超声清洗的时间为9-11min，超声清洗的功率为60-70W，等离子清洗的时间为2-4min，等离子清洗的射频功率为400-600W。
7.根据权利要求5所述的烧结方法，其中，在超声清洗中，清洗液为乙醇、乙醚和丙酮中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的烧结方法，其中，助焊剂选自阿尔法助焊剂EF9301、阿尔法助焊剂EF8000和阿尔法助焊剂RF800PT中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的烧结方法，其中，焊料片的表面积大于共晶芯片组件的表面积。
10.根据权利要求9所述的烧结方法，其中，共晶芯片组件为矩形，其长边的长度为a，宽边的长度为b；
焊料片为矩形，其长边的长度为a+0.6mm，宽边的长度为b+0.6mm。
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