CN116288206B - 一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁控共溅射制备Au‑Sn合金焊料的方法，包括：对热沉基底进行加热除气及基底活化；对热沉基底进行等离子清洗；在热沉基底上溅射沉积Ti层；在Ti层上溅射沉积Pt层；确定Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共溅射时间，利用Au靶材和Sn靶材在Pt层上进行磁控共溅射沉积形成Au‑Sn层；在Au‑Sn层上磁控溅射Au保护层，得到Au‑Sn合金焊料。本发明在磁控共溅射沉积Au‑Sn层之前，准确确定Au靶、Sn靶的溅射功率以及共沉积时间，实现Au和Sn在1纳米尺度内的均匀混合且Au/Sn质量比精准可调，降低了焊料与芯片焊接处的空洞率，提高了焊接质量。
Description
技术领域
本发明属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法。
背景技术
近几年随着半导体激光器应用越来越广泛，输出功率越来越大，对其可靠性提出了更高的要求。半导体激光芯片与热沉的焊料质量是影响半导体激光器可靠性的重要因素之一。Au-Sn焊料具有良好的抗疲劳性、电特性、热特性，使其特别适用于对温度敏感的大功率半导体激光器的封装焊接。
目前在热沉上制备Au-Sn焊料的方法有电镀，蒸镀和磁控溅射。电镀属于化学镀，对环境不友好；蒸镀属于真空镀膜，无污染物排放，对环境友好，但存在贵金属材料利用率低导致成本高的缺点。在专利申请号为201310068523.5的专利申请中，公开了一种金锡合金焊料制备方法。此专利所采用的方法是Au靶材和Sn靶材分层磁控溅射，Au单层厚度为0.44~0.45微米，Sn单层厚度为0.3~0.31微米。由于Au和Sn的熔点差异较大，这种Au-Sn交替分层结构的Au-Sn焊料与半导体芯片焊接过程中容易在焊接面产生空洞，影响器件可靠性。
在专利申请号为202211139952.2的专利申请中，公开了一种共溅射制备金锡焊料薄膜的方法。此专利所采用的是先共溅射AnSn合金靶材和Sn单质靶材制备金锡混合层，后进行共晶热处理制得金锡焊料薄膜。此专利存在AuSn合金靶材加工难度大，成本高的问题，后续被击穿的AuSn合金靶材也存在回收过程复杂的问题。此外AuSn合金靶材与Sn单质靶材共溅射虽然在一定程度上解决了AuSn合金靶材在溅射中由于Au原子和Sn原子溅射速率不一致，导致金锡合金比例失调的问题，但在精准控制Au-Sn焊料中An/Sn质量比上存在不足。
发明内容
针对上述热沉上制备Au-Sn焊料存在的问题，本发明目的在于提供一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法。本发明磁控共溅射制备Au-Sn焊料能实现Au和Sn在1纳米尺度内的均匀混合且Au/Sn质量比精准可调，降低了焊接处的空洞率，提高了焊料与芯片的焊接质量。
为实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，包括以下步骤：
S1. 取热沉基底固定在磁控溅射机公转夹具上，设置真空度和温度，对所述热沉基底进行加热除气及基底活化；
S2. 真空环境下对所述热沉基底进行等离子清洗；
S3. 利用Ti靶材在所述热沉基板上进行溅射沉积，得到Ti层；
S4. 利用Pt靶材在所述Ti层上进行溅射沉积，得到Pt层；
S5. 确定Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共溅射时间，利用Au靶材和Sn靶材在所述Pt层上进行磁控共溅射沉积，得到Au-Sn层；
S6. 在所述Au-Sn层上磁控溅射Au保护层，得到Au-Sn合金焊料。
优选的，所述热沉基底为金属化陶瓷基底。
优选的，步骤S1对所述热沉基底进行加热除气及基底活化的真空度为8.0×10- 3Pa，加热温度为200~400℃，进一步地，加热温度为260~330℃，加热一直持续至镀膜结束。
优选的，步骤S2进行等离子清洗的真空度为5.0×10-3Pa，等离子清洗时间为10分钟。
为提高热沉基底与Au-Sn焊料的结合力，用磁控溅射的方法在热沉基底上沉积金属钛层，优选的，步骤S3包括：在真空度1.0×10-3Pa，氩气流量400～500sccm，溅射功率2000W条件下，在热沉基板上通过磁控溅射技术溅射沉积Ti层，所述Ti层的厚度为50~150nm。
为使Au-Sn焊料的质量比在与芯片焊接的过程中保持稳定，在共溅射Au-Sn前需在热沉基底上采用磁控溅射沉积Pt金属层作为阻挡层。阻挡层在Au-Sn焊料与芯片焊接过程中，能有效阻挡Au-Sn焊料与其他金属层的相互扩散，从而使焊料质量比保持稳定。优选的，步骤S4包括：在Ti层上通过磁控溅射技术溅射沉积Pt层，溅射功率为2500W，所述Pt层的厚度为50~500nm，进一步地，阻挡层Pt层的厚度为150~400nm。
优选的，步骤S5所述Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共沉积时间的确定方法为：
S5.1 根据Au/Sn质量比、Au密度及Sn密度、Au-Sn层厚度，计算得到Au层厚度和Sn层厚度；
S5.2 固定Au的溅射功率，得出Au的溅射速率，计算得到Au的溅射时间，也即Sn的溅射时间；
或固定Sn的溅射功率，得出Sn的溅射速率，计算得到Sn的溅射时间，也即Au的溅射时间；
S5.3 根据Sn的溅射时间和Sn层厚度，计算得到Sn的溅射速率，并通过调整磁控溅射机获得达到Sn溅射速率时Sn的溅射功率；
或根据Au的溅射时间和Au层厚度，计算得到Au的溅射速率，并通过调整溅射设备获得达到Au溅射速率时Au的溅射功率。
优选的，步骤S5.1所述Au/Sn质量比为1~5.7，进一步地，Au/Sn质量比为2.3~4；优选的，Au-Sn层厚度为3~10μm，进一步地，Au-Sn层厚度为4~6μm。
优选的，所述Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材均为可旋转靶材，进一步优选为旋转圆柱靶材，靶材纯度为99.99%。
优选的，步骤S5进行磁控共溅射时，所述Au靶材和Sn靶材的夹角≥90度。
为防止Au-Sn焊料的氧化，用磁控溅射的方法在Au-Sn焊料上沉积Au保护层，优选的，步骤S6包括：在Au-Sn层上通过磁控溅射技术溅射沉积Au保护层，溅射功率为1500W，所述Au保护层的厚度为50~400nm，进一步地，Au保护层的厚度为100~300nm。
优选的，所述步骤S2进行等离子清洗、步骤S3沉积Ti层、步骤S4沉积Pt层以及步骤S6沉积Au保护层的过程中，热沉基底始终随磁控溅射机的公转轴做公转运动，转速为10转每分钟；步骤S5进行磁控共溅射沉积的过程中热沉基底始终随磁控溅射机的公转轴做公转运动，转速为30转每分钟。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在进行磁控共溅射沉积Au-Sn层之前，先准确确定Au靶、Sn靶的溅射功率以及共沉积时间，从而实现Au和Sn在1纳米尺度内的均匀混合且Au/Sn质量比精准可调，降低了焊料与芯片焊接处的空洞率，提高了焊接质量。
（2）本发明所使用的贵金属靶材为旋转靶材，贵金属靶材材料为单质，相比于贵金属合金靶材（如AnSn合金靶材），不需要前期较大难度的加工，降低成本，而且能够有效减小后续的回收利用难度。
（3）相比于蒸镀（Au的材料利用率10%左右），本发明采用磁控溅射制备Au-Sn合金焊料，贵金属Au的材料利用率可达50%以上，有效降低了生产成本。
（4）本发明对热沉基底的加热一直持续至镀膜结束，保证了在Au-Sn共溅射过程中，所制备的金锡焊料为合金态，无需进行后共晶热处理，减少工艺步骤，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明Au-Sn合金焊料结构示意图；
图2为本发明实施例使用的磁控溅射机结构示意图；
图3为实施例2制备的Au-Sn合金焊料膜层断面SEM图；
图4为实施例2制备的Au-Sn合金焊料与半导体芯片焊接后CT图；
图5为磁控溅射制备的叠层结构Au-Sn合金焊料与半导体芯片焊接后CT图；
图中，1、热沉基底；2、Ti层；3、Pt层；4、Au-Sn层；5、Au保护层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1为本发明Au-Sn合金焊料结构示意图，该Au-Sn合金焊料由磁控共溅射技术制备得到，包括以下步骤：
S1. 将Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材放置在磁控溅射机溅射室的溅射靶位上，如图2所示，A-D为溅射靶位，用于放置溅射靶材，中间E为公转圆筒，用于放置热沉基底1；具体的，Ti靶材、Pt靶材可放置在A-D的任意靶位上，但至少留两个靶位用于放置Au靶材和Sn靶材，并保证Au靶材和Sn靶材的夹角≥90度，Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材均为可旋转的圆柱靶材，纯度为99.99%，在公转圆筒旋转过程中，各靶材能够自转，保证了溅射过程中Au和Sn的均匀混合；
本发明热沉基底1可选用金属化陶瓷基底，将热沉基底1固定在磁控溅射机公转圆筒的公转夹具上，溅射机抽真空至8.0×10-3Pa后启动溅射机加热系统，温度设为200~400℃，优选为260~330℃，对热沉基底1进行加热除气及基底活化，加热一直持续至镀膜结束；
S2. 待溅射机腔体真空度降至5.0×10-3Pa对热沉基底1进行等离子清洗，等离子清洗时间为10分钟；
S3. 待溅射机腔体真空度降至1.0×10-3Pa，向腔体内通入溅射气体氩气，氩气流量400～500sccm，利用Ti靶材在热沉基板1上进行磁控溅射沉积，磁控溅射功率为2000W，得到Ti层2；金属钛层的厚度为50~150nm；
S4. 利用Pt靶材在Ti层上进行磁控溅射沉积，溅射功率为2500W，得到Pt层3；Pt层的厚度为50~500nm，优选为150~400nm；
S5. 确定Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共溅射时间，利用Au靶材和Sn靶材在Pt层上进行磁控共溅射沉积，得到Au-Sn层4；
具体的，Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共沉积时间的确定方法为：
S5.1 根据Au/Sn质量比、Au密度及Sn密度、Au-Sn层厚度，计算得到Au层厚度和Sn层厚度；Au/Sn质量比为1~5.7，优选为2.3~4；Au-Sn层厚度为3~10μm，优选为4~6μm；
S5.2 固定Au的溅射功率，得出Au的溅射速率，计算得到Au的溅射时间，也即Sn的溅射时间；
或固定Sn的溅射功率，得出Sn的溅射速率，计算得到Sn的溅射时间，也即Au的溅射时间；
S5.3 根据Sn的溅射时间和Sn层厚度，计算得到Sn的溅射速率，并通过调整磁控溅射机获得达到Sn溅射速率时Sn的溅射功率；
或根据Au的溅射时间和Au层厚度，计算得到Au的溅射速率，并通过调整溅射设备获得达到Au溅射速率时Au的溅射功率；
S6. 在Au-Sn层上磁控溅射Au保护层5，溅射功率为1500W，Au保护层厚度为50~400nm，优选为100~300nm，得到Au-Sn合金焊料。
由于步骤S1中启动溅射机加热系统后加热一直持续至镀膜结束，故本发明在每层膜的镀膜过程中，温度始终维持在200~400℃，优选为260~330℃，无需进行后共晶热处理。
上述步骤S2进行等离子清洗、步骤S3沉积Ti层、步骤S4沉积Pt层以及步骤S6沉积Au保护层的过程中，热沉基底1始终随磁控溅射机的公转轴做公转运动，转速为10转每分钟；步骤S5进行磁控共溅射沉积的过程中热沉基底1始终随磁控溅射机的公转轴做公转运动，转速为30转每分钟。
本发明Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共溅射时间只需在进行磁控共溅射沉积Au-Sn层之前确定即可，如可以在步骤S5中进行确定，也可以在进行镀膜工艺之前进行计算确定。
下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，包括以下步骤：
S1. 将Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材放置在磁控溅射机溅射室的溅射靶位上，如图2所示，Ti靶材和Pt靶材分别置于B和D靶位上，夹角为180°，Au靶材和Sn靶材分别置于A和C靶位上，夹角为180°，Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材均为旋转圆柱靶材，靶材纯度为99.99%。
取清洗干净的金属化陶瓷基底作为热沉基板，固定在磁控溅射镀膜机的公转夹具上，关门抽真空至8.0×10-3Pa后启动加热程序，对金属化陶瓷基底进行加热除气及活化，加热温度为200℃，加热一直持续至镀膜结束。
S2. 待溅射镀膜机腔体真空度降至5.0×10-3Pa开始对金属化陶瓷基底进行等离子清洗，等离子清洗时间为10分钟。
S3. 等离子清洗结束后，待溅射镀膜机腔体真空度降至1.0×10-3Pa，向腔体内通入溅射气体氩气，氩气流量400sccm，利用Ti靶材在金属化陶瓷基底上进行磁控溅射沉积，磁控溅射功率为2000W，开始沉积打底层Ti层，Ti层的沉积厚度为50nm。
S4. Ti层溅射结束后，利用Pt靶材在Ti层上进行磁控溅射沉积，溅射功率为2500W，沉积Pt层，Pt层的沉积厚度为50nm。
步骤S2-S4进行等离子清洗，镀Ti层，镀Pt层期间，金属化陶瓷基底随着工件架做公转运动，转速为10转每分钟。
S5. 确定Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共溅射时间，利用Au靶材和Sn靶材在Pt层上进行磁控共溅射沉积，得到Au-Sn层；
具体的，Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共沉积时间的确定方法为：
S5.1 预设Au-Sn层中Au/Sn质量比为1，Au-Sn层厚度为3μm。根据Au/Sn质量比，Au-Sn层厚度，Au密度及Sn密度，计算得出Au层厚度为821nm，Sn层厚度为2179nm。
S5.2 设置Au的溅射功率为1500W，在此溅射功率下Au的溅射速率为13nm/min。根据Au层厚度和Au溅射速率算出Au的沉积时间为3789s；为实现Au-Sn的共溅射，Sn的溅射时间和Au的溅射时间保持一致，即Sn的溅射时间也为3789s。
S5.3 根据Sn的溅射时间和Sn层的厚度，算出Sn的溅射速率为34.5 nm/min，并通过调整磁控溅射机中Sn的溅射功率，获得达到Sn溅射速率时Sn的溅射功率为2100W。
Pt层沉积完成后，工件架转速提高至30转每分钟，设置Au靶材溅射功率为1500W，Sn靶材溅射功率为2100W，共溅射时间为3789s，同时溅射Au靶材和Sn靶材，实现Au-Sn焊料的磁控共溅射沉积，得到厚度为3μm的Au-Sn层，Au-Sn层中Au/Sn质量比为1。
S6. 磁控共溅射Au-Sn膜层焊料结束后开始沉积Au保护层，工件架转速设为10转每分钟，Au靶材溅射功率为1500W，得到厚度为50nm的Au保护层，镀膜结束后，待镀膜机腔体温度降至80℃，取出镀好的膜层样品。
实施例2
一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，包括以下步骤：
本实施例中预设Au/Sn质量比为3，Au-Sn层厚度为5μm。根据Au/Sn质量比，Au-Sn层厚度，Au密度及Sn密度，计算得出Au层厚度为2653nm，Sn层厚度为2347nm。设置Au的溅射功率为2000W，在此溅射功率下Au的溅射速率为21nm/min。根据Au层厚度和Au溅射速率算出Au的沉积时间为7580s；为实现Au-Sn的共溅射，Sn的溅射时间和Au的溅射时间保持一致，即Sn的溅射时间也为7580s。根据Sn的溅射时间和Sn层的厚度，算出Sn的溅射速率为15.58 nm/min，并通过调整磁控溅射机中Sn的溅射功率，获得达到Sn溅射速率时Sn的溅射功率为1250W。
S1. 将Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材放置在磁控溅射机溅射室的溅射靶位上，如图2所示，Ti靶材和Pt靶材分别置于B和D靶位上，夹角为180°，Au靶材和Sn靶材分别置于A和C靶位上，夹角为180°，Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材均为旋转圆柱靶材，靶材纯度为99.99%。
取清洗干净的金属化陶瓷基底作为热沉基板，固定在磁控溅射镀膜机的公转夹具上，关门抽真空至8.0×10-3Pa后启动加热程序，对金属化陶瓷基底进行加热除气及活化，加热温度为260℃，加热一直持续至镀膜结束。
S2. 待溅射镀膜机腔体真空度降至5.0×10-3Pa开始对金属化陶瓷基底进行等离子清洗，等离子清洗时间为10分钟。
S3. 等离子清洗结束后，待溅射镀膜机腔体真空度降至1.0×10-3Pa，向腔体内通入溅射气体氩气，氩气流量500sccm，利用Ti靶材在金属化陶瓷基底进行磁控溅射沉积，磁控溅射功率为2000W，开始沉积打底层Ti层，Ti层的沉积厚度为100nm。
S4. Ti层溅射结束后，利用Pt靶材在Ti层上进行磁控溅射沉积，溅射功率为2500W，沉积Pt层，Pt层的沉积厚度为240nm。
步骤S2-S4进行等离子清洗，镀Ti层，镀Pt层期间，金属化陶瓷基底随着工件架做公转运动，转速为10转每分钟。
S5. Pt层沉积完成后，工件架转速提高至30转每分钟，设置Au靶材溅射功率为2000W，Sn靶材溅射功率为1250W，共溅射时间为7580s，同时溅射Au靶材和Sn靶材，实现Au-Sn焊料的磁控共溅射沉积，得到厚度为5μm的Au-Sn层，Au-Sn层中Au/Sn质量比为3。
S6. 磁控共溅射Au-Sn膜层焊料结束后开始沉积Au保护层，工件架转速设为10转每分钟，Au靶材溅射功率为1500W，得到厚度为200nm的Au保护层，镀膜结束后，待镀膜机腔体温度降至80℃，取出镀好的膜层样品。
实施例3
一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，包括以下步骤：
本实施例中预设Au/Sn质量比为5.7，Au-Sn层厚度为10μm。根据Au/Sn质量比，Au-Sn层厚度，Au密度及Sn密度，计算得出Au层厚度为6811nm，Sn层厚度为3189nm。设置Au的溅射功率为2300W，在此溅射功率下Au的溅射速率为29nm/min。根据Au层厚度和Au溅射速率算出Au的沉积时间为14091s；为实现Au-Sn的共溅射，Sn的溅射时间和Au的溅射时间保持一致，即Sn的溅射时间也为14091s。根据Sn的溅射时间和Sn层的厚度，算出Sn的溅射速率为13.58 nm/min，并通过调整磁控溅射机中Sn的溅射功率，获得达到Sn溅射速率时Sn的溅射功率为1180W。
S1. 将Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材放置在磁控溅射机溅射室的溅射靶位上，如图2所示，Ti靶材和Pt靶材分别置于B和D靶位上，夹角为180°，Au靶材和Sn靶材分别置于A和C靶位上，夹角为180°，Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材均为旋转圆柱靶材，靶材纯度为99.99%。
取清洗干净的金属化陶瓷基底作为热沉基板，固定在磁控溅射镀膜机的公转夹具上，关门抽真空至8.0×10-3Pa后启动加热程序，对金属化陶瓷基底进行加热除气及活化，加热温度为300℃，加热一直持续至镀膜结束。
S2. 待溅射镀膜机腔体真空度降至5.0×10-3Pa开始对金属化陶瓷基底进行等离子清洗，等离子清洗时间为10分钟。
S3. 等离子清洗结束后，待溅射镀膜机腔体真空度降至1.0×10-3Pa，向腔体内通入溅射气体氩气，氩气流量500sccm，利用Ti靶材在金属化陶瓷基底上进行磁控溅射沉积，磁控溅射功率为2000W，开始沉积打底层Ti层，Ti层的沉积厚度为150nm。
S4. Ti层溅射结束后，利用Pt靶材在Ti层上进行磁控溅射沉积，溅射功率为2500W，沉积Pt层，Pt层的沉积厚度为500nm。
步骤S2-S4中进行等离子清洗，镀Ti层，镀Pt层期间，金属化陶瓷基底随着工件架做公转运动，转速为10转每分钟。
S5. Pt层沉积完成后，工件架转速提高至30转每分钟，设置Au靶材溅射功率为2300W，Sn靶材溅射功率为1180W，共溅射时间为14091s，同时溅射Au靶材和Sn靶材，实现Au-Sn焊料的磁控共溅射沉积，得到厚度为10μm的Au-Sn层，Au-Sn层中Au/Sn质量比为5.7。
S6. 磁控共溅射Au-Sn膜层焊料结束后开始沉积Au保护层，工件架转速设为10转每分钟，Au靶材溅射功率为1500W，得到厚度为400nm的Au保护层，镀膜结束后，待镀膜机腔体温度降至80℃，取出镀好的膜层样品。
对比例1
按照专利申请号为201310068523.5公开的一种金锡合金焊料制备方法，采用Au靶和Sn靶分层磁控溅射技术，沉积Au-Sn多层膜，并通过高温合金烧结形成叠层结构金锡合金焊料。
性能测试
（1）将本发明实施例2制备的Au-Sn合金焊料进行SEM测试，图3为实施例2制备的Au-Sn合金焊料样品的断面SEM图，从图中可以看出本发明利用磁控共溅射制备的Au-Sn焊料膜层结构致密，且金锡混合均匀。
（2）将实施例2和对比例1制备的Au-Sn合金焊料分别与半导体芯片焊接，结果如图4~5所示。图4为实施例2磁控共溅射Au-Sn合金焊料与半导体芯片焊接后CT图，从图中可以看出Au-Sn焊料与芯片焊接面没有出现空洞等缺陷。图5为对比例1通过Au-Sn分层磁控溅射制备的叠层结构Au-Sn合金焊料与半导体芯片焊接后CT图，从图中可以看出Au-Sn焊料与芯片焊接界面有明显的空洞缺陷。从图4和图5对比可知，本发明采用磁控共溅射沉积的Au-Sn合金焊料具有更好的焊接性能，提高了焊接质量和整个器件的可靠性。
具体的，1、本发明采用磁控溅射沉积Au能有效降低生产成本：相比于蒸镀法，本发明所采用的磁控溅射贵金属Au的材料利用率可达50%以上，而蒸镀技术Au的材料利用率仅有10%左右；材料利用率定义为基底沉积的材料质量/消耗的材料质量。2、本发明在进行磁控共溅射沉积Au-Sn层之前，根据预设的Au/Sn质量比和Au-Sn层厚度准确计算得到Au、Sn的溅射功率以及共沉积时间，从而实现Au和Sn在1纳米尺度内的均匀混合，制备得到的Au-Sn合金焊料中Au/Sn的实际质量比未出现明显误差，Au/Sn质量比精准可调，从而提高焊料与芯片的焊接质量。3、相比于Au-Sn交替分层制备Au-Sn焊料，本发明采用磁控共溅射沉积制备的合金焊料能够明显降低焊接处的空洞率，提高器件可靠性。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.取热沉基底固定在磁控溅射机公转夹具上，设置真空度和温度，对所述热沉基底进行加热除气及基底活化；所述真空度为8.0×10-3Pa，加热温度为200～400℃，加热一直持续至镀膜结束；
S2.真空环境下对所述热沉基底进行等离子清洗；
S3.利用Ti靶材在所述热沉基底上进行溅射沉积，得到Ti层；
S4.利用Pt靶材在所述Ti层上进行溅射沉积，得到Pt层；
S5.确定Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共溅射时间，利用Au靶材和Sn靶材在所述Pt层上进行磁控共溅射沉积，得到Au-Sn层；
S6.在所述Au-Sn层上磁控溅射Au保护层，得到Au-Sn合金焊料；所述Ti靶材、Pt靶材、Au靶材和Sn靶材均为可旋转靶材，靶材纯度为99.99％；步骤S5所述Au的溅射功率、Sn的溅射功率以及共沉积时间的确定方法为：
S5.1根据Au/Sn质量比、Au密度及Sn密度、Au-Sn层厚度，计算得到Au层厚度和Sn层厚度；
S5.2固定Au的溅射功率，得出Au的溅射速率，计算得到Au的溅射时间，也即Sn的溅射时间；
或固定Sn的溅射功率，得出Sn的溅射速率，计算得到Sn的溅射时间，也即Au的溅射时间；
S5.3根据Sn的溅射时间和Sn层厚度，计算得到Sn的溅射速率，并通过调整磁控溅射机获得达到Sn溅射速率时Sn的溅射功率；
或根据Au的溅射时间和Au层厚度，计算得到Au的溅射速率，并通过调整溅射设备获得达到Au溅射速率时Au的溅射功率。
2.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，步骤S2进行等离子清洗的真空度为5.0×10-3Pa，等离子清洗时间为10分钟。
3.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，步骤S3包括：在真空度1.0×10-3Pa，氩气流量400～500sccm，溅射功率2000W条件下，在热沉基板上通过磁控溅射技术溅射沉积Ti层，所述Ti层的厚度为50～150nm。
4.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，步骤S4包括：在Ti层上通过磁控溅射技术溅射沉积Pt层，溅射功率为2500W，所述Pt层的厚度为50～500nm。
5.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，步骤S5.1所述Au/Sn质量比为1～5.7，Au-Sn层厚度为3～10μm。
6.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，步骤S5进行磁控共溅射时，所述Au靶材和Sn靶材的夹角≥90度。
7.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，步骤S6包括：在Au-Sn层上通过磁控溅射技术溅射沉积Au保护层，溅射功率为1500W，所述Au保护层的厚度为50～400nm。
8.根据权利要求1所述的磁控共溅射制备Au-Sn合金焊料的方法，其特征在于，所述热沉基底包括金属化陶瓷基底。
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