CN111843089B - 一种共晶焊接解决pind检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种共晶焊接解决PIND检测不合格的方法，属于航天微电子封装技术领域，在升温预热阶段，采用抽真空、充氮气的往复循环，减少炉膛内的氧气和水汽含量，避免共晶过程中合金的氧化，通过红外加热石墨板使得焊接表面温度均匀，升温至焊接温度后保温焊接；采用可控气氛共晶炉，用氢气作为还原剂和助焊剂，用锡银铜焊片代替基片挂锡，进行基片和管壳间的共晶焊接，降低成膜基片与管壳之间焊接产生的自由活动粒子，优化了之前基片挂锡的焊接方式；通过采用可控气氛共晶炉的方式实现了陶瓷基片和管壳之间的焊接，去除了传统助焊剂的使用，有效地降低了助焊剂残留带来的自由活动粒子数，使得封装后的产品成功通过PIND的检测。

Description

一种共晶焊接解决PIND检测的方法
技术领域
本发明涉及航天微电子封装技术领域，尤其涉及一种共晶焊接解决PIND检测的方法。
背景技术
厚膜混合集成电路广泛应用于各种军品及航天电子装备，它具有相当高的组装密度和可靠性。厚膜混合集成电路不仅包括各种外贴电阻和电容，还贴装各种芯片，其中功率型厚膜电路使用一部分功率芯片，在工作状态时会产生大量的热。
在缺少特殊的背面冷却装置的情况下，要求基片具有一定的散热界面，这就要求基板、外壳底座和芯片之间的焊接具有良好的热传导能力。在功率型厚膜电路中，为了完成成膜基片与金属外壳底座焊接，一般采用了（96%Al2O3）陶瓷基片，陶瓷基片背面进行金属化，实现其背面可焊接性能，为了提高耐焊强度，导体材料选用钯银和铂钯银等浆料，外壳底座采用可伐镀金材料。陶瓷基片与底座之间通过挂锡焊接的方式进行合片，不仅焊接强度高，且基片与管壳之间接触面大散热效果良好，但是传统助焊剂的使用，会使得焊接界面处、基片周围存在大量自由活动的粒子，严重影响后续的PIND检测，降低了产品的可靠性。
发明内容
本发明提供一种共晶焊接解决PIND检测的方法，通过采用可控气氛共晶炉加热，用锡银铜焊片代替基片挂锡进行共晶焊接，焊接过程中氢气提供还原气氛，降低了氧化物的形成，而且该过程不会使用任何的助焊剂，很大程度上降低了自由粒子的残留，降低了成膜基片与管壳之间焊接产生的自由活动粒子，改变了之前基片挂锡的焊接方式，极大地提高了功率型厚膜电路通过PIND检测的概率。
本发明提供的具体技术方案如下：
本发明提供的一种共晶焊接解决PIND检测的方法包括：
（1）根据陶瓷基片的尺寸裁剪共晶焊接用的锡银铜焊片尺寸，其中，锡银铜焊片尺寸小于陶瓷基片的尺寸；
（2）对裁剪之后的锡银铜焊片采用去离子水清洗，之后在乙醇溶液中采用超声波进行清洗，最后烘干备用；
（3）对可控气氛共晶炉进行至少2次的抽真空和充氮气往复循环预处理，以便排出可控气氛共晶炉炉膛内的氧气和水汽含量，之后对可控气氛共晶炉进行升温预热处理；
（4）将一片锡银铜合金样品放置在夹持好的载板上，设置参数后观察合金熔化并充分铺展开时的温度，将合金铺展开时的温度确定为最终的焊接温度，之后在该温度下确定最佳焊接时间，其中，焊接温度高于合金熔点30~50℃，焊接时间为30秒的整数倍；
（5）在温度低于焊接温度30~40℃的可控气氛共晶炉中进行锡银铜焊片和管壳之间的第一阶段共晶焊接处理，并且在第一阶段共晶焊接处理过程中通入氢气以便提供还原气氛；
（6）将可控气氛共晶炉抽为真空环境，之后加热至高于熔点温度30~50℃的真空环境下进行第二阶段共晶焊接处理，在第二阶段共晶焊接处理过程中采用石墨夹具进行加压，以便实现基片和管壳之间的焊接。
可选的，所述步骤（6）中采用石墨夹具进行加压的压力大小与所述基片的尺寸大小呈正比关系。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的一种共晶焊接解决PIND检测不合格的方法，通过采用抽真空、充氮气的往复循环，减少炉膛内的氧气和水汽含量，避免共晶过程中合金氧化，通过红外加热石墨板使得焊接表面温度均匀，升温至焊接温度后保温焊接；采用可控气氛共晶炉加热的方式，用锡银铜焊片代替基片挂锡，进行基片和管壳间的共晶焊接，降低了成膜基片与管壳之间焊接产生的自由活动粒子数，优化了之前基片挂锡的焊接方式，采用可控气氛共晶炉的方式实现了陶瓷基片和管壳之间的焊接，去除了传统助焊剂的使用，有效地降低了助焊剂残留带来的自由活动粒子数，使得封装后的产品成功通过PIND的检测，极大地提高了厚膜混合集成电路产品的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种共晶焊接解决PIND检测的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合图1 对本发明实施例的一种共晶焊接解决PIND检测不合格的方法进行详细的说明。
参考图1所示，本发明实施例提供的一种共晶焊接解决PIND检测的方法包括：
（1）根据陶瓷基片的尺寸裁剪共晶焊接用的锡银铜焊片尺寸，其中，锡银铜焊片尺寸小于陶瓷基片的尺寸。
（2）对裁剪之后的锡银铜焊片采用去离子水清洗，之后在乙醇溶液中采用超声波进行清洗，最后烘干备用。
示例的，根据陶瓷基片的尺寸裁剪比陶瓷基片尺寸略小的锡银铜焊片，之后采用去离子水清洗，再采用乙醇进行超声清洗和烘干备用。
（3）对可控气氛共晶炉进行至少2次的抽真空和充氮气往复循环预处理，以便排出可控气氛共晶炉炉膛内的氧气和水汽含量，之后对可控气氛共晶炉进行升温预热处理。
在真空共晶时，通过预处理降低炉内氧气和水汽含量，然后升温预热、保温焊接和降温冷却实现共晶焊接，典型工艺曲线如图1所示。
在预处理阶段，通过抽真空、充氮气的往复循环，减少炉内空气中的氧气和水汽含量，避免共晶过程中合金氧化，通过红外加热石墨板使得焊接表面温度均匀，升温至焊接温度后保温焊接。示例的，在t1时刻之前进行抽真空处理，在t1时刻至t2时刻之间进行充氮气处理，在t2至t3时刻之间继续进行抽真空处理，在t3时刻至t4时刻之间继续充氮气处理，在t4时刻至t5时刻继续进行抽真空处理。
（4）将一片锡银铜合金样品放置在夹持好的载板上，设置参数后观察合金熔化并充分铺展开时的温度，将合金铺展开时的温度确定为最终的焊接温度，之后在该温度下确定最佳焊接时间，其中，焊接温度高于合金熔点30~50℃，焊接时间为30秒的整数倍。
在保温焊接阶段，最重要的是确定焊接温度和保温时间。真空共晶炉的炉腔具有一定容积，支撑板和夹具都具有不同的热导率和体积，因此不能直接将焊接温度设置为合金熔点。在共晶样件前，先将一片合金放置在夹持好的载板上，设置参数后观察合金熔化并充分铺展开时的温度，将其设置为焊接温度，一般高于合金熔点30~50 ℃。焊接时间的确定需通过样件来观察，一般焊接时间设置为30 s为基准进行试验和观察，确定最佳时间。
（5）在温度低于焊接温度30~40℃的可控气氛共晶炉中进行锡银铜片和管壳之间的第一阶段共晶焊接处理，并且在第一阶段共晶焊接处理过程中通入氢气以便提供还原气氛。
（6）将可控气氛共晶炉抽为真空环境，之后加热至温度高于焊接温度30~50℃的真空环境下进行第二阶段共晶焊接处理，并且在第二阶段共晶焊接处理过程中采用石墨夹具进行加压，以便实现基片和管壳之间的焊接。
第一阶段共晶焊接处理过程为升温预热过程，参考图1所示，示例的，t5时刻至t6时刻为第一阶段共晶焊接处理过程，t6时刻至t7时刻为第一阶段共晶焊接通入氢气过程，t7时刻至t8时刻为保温焊接过程。
步骤（6）中采用石墨夹具进行加压的压力大小与所述基片的尺寸大小呈正比关系。
本发明实施例提供的一种共晶焊接解决PIND检测不合格的方法，通过采用抽真空、充氮气的往复循环，减少炉内空气中的氧气和水汽含量，避免共晶过程中合金氧化，通过红外加热石墨板使得焊接表面温度均匀，升温至焊接温度后保温焊接；采用可控气氛共晶炉，用氢气作为还原剂和助焊剂，用锡银铜焊片代替基片挂锡，进行基片和管壳间的共晶焊接，降低成膜基片与管壳之间焊接产生的自由活动粒子，改变之前基片挂锡的焊接方式，采用可控气氛共晶炉的方式实现了陶瓷基片和管壳之间的焊接，去除了传统助焊剂的使用，有效地降低了助焊剂残留带来的自由活动粒子数，使得封装后的产品成功通过PIND的检测（颗粒碰撞噪声检测），极大地提高了厚膜混合集成电路产品的可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种共晶焊接解决PIND检测的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)根据陶瓷基片的尺寸裁剪共晶焊接用的锡银铜焊片尺寸，其中，锡银铜焊片尺寸小于陶瓷基片的尺寸；
(2)对裁剪之后的锡银铜焊片采用去离子水清洗，之后在乙醇溶液中采用超声波进行清洗，最后烘干备用；
(3)对可控气氛共晶炉进行至少2次的抽真空和充氮气往复循环预处理，以便排出可控气氛共晶炉炉膛内的氧气和水汽含量，之后对可控气氛共晶炉进行升温预热处理；
(4)将一片锡银铜合金样品放置在夹持好的载板上，设置参数后观察合金熔化并充分铺展开时的温度，将合金铺展开时的温度确定为最终的焊接温度，之后在该温度下确定最佳焊接时间，其中，焊接温度高于合金熔点30～50℃，焊接时间为30秒的整数倍；
(5)在温度低于焊接温度30～40℃的可控气氛共晶炉中进行锡银铜焊片和管壳之间的第一阶段共晶焊接处理，并且在第一阶段共晶焊接处理过程中通入氢气以便提供还原气氛；
(6)将可控气氛共晶炉炉膛抽为真空环境，之后加热至高于熔点温度30～50℃的真空环境下进行第二阶段共晶焊接处理，在第二阶段共晶焊接处理过程中采用石墨夹具进行加压，以便实现基片和管壳之间的焊接，其中，采用石墨夹具进行加压的压力大小与所述基片的尺寸大小呈正比关系。
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