一種芯片共晶焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及芯片焊接領域，具體是一種芯片共晶焊接方法。
【背景技術】
[0002]公知的，隨著混合集成電路向著高性能、高可靠性、小型化、高均勻性及低成本方向的發展，對芯片焊接工藝提出了越來越高的要求，目前對芯片等元器件與載體(如基板、管殼等)進行互聯時，主要的方法有導電膠粘接和共晶焊接。共晶焊接又稱為低熔點合金焊接，是指在相對較低的溫度下共晶焊料發生共晶物熔合的現象，共晶合金直接從固態變成液態，而不經過塑性階段，共晶焊接由于具有電阻率小、導熱系數小、熱阻小、損耗小、可靠性高等優點，所以被廣泛用于高焊接工藝要求的芯片焊接中。
[0003]現階段，實現共晶焊接的設備主要有真空可控氣氛共晶爐、鑷子共晶機、紅外再流焊爐、箱式爐等，真空可控氣氛共晶爐在共晶焊接時能夠提供真空環境或可控的氣氛(氮氣、氮氣和甲酸的混合氣體等)，無需使用助焊劑，并能夠根據焊接對象的共晶特點，設定工藝曲線，精確控制爐體內的共晶環境，包括溫度和時間，真空度、充氣氣體流量和時間等。精確的工藝環境控制和使用的安全性使得真空可控氣氛共晶爐成為共晶焊接的理想設備。但是在采用真空可控氣氛共晶爐的進行焊接時，其真空度一般為“5Pa?10Pa”，在這種條件下，在芯片上方施加壓力是否合適對焊接質量影響很大，另外，還必須專門設計定位夾具與配套的加壓裝置，通常是在加熱的金屬或石墨夾具上做加壓裝置來實現對芯片的加壓，為了保證壓力，加壓裝置一般采用一定質量的金屬壓塊，但是因為芯片表面的鋁層非常脆弱，金屬壓塊工件表面的粗糙程度足以造成芯片表面鋁層的劃傷，不能滿足在焊接時保證芯片表面質量的要求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種芯片共晶焊接方法，該方法能夠保證在焊接時的芯片表面質量，并且無需另外設置加壓裝置，提高焊接質量，簡化焊接操作過程。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種芯片共晶焊接方法，包括以下步驟:
a)清潔焊片與待焊接件，去除焊片與待焊接件表面的污物；
b)將焊片裁剪為焊接所需尺寸；
c)將待焊接件水平置于金屬容器內底部；
d)將焊片水平置于待焊接件的焊接區，再將芯片水平置于焊片的中心；
e)在金屬容器的頂部放置金屬蓋板，使金屬蓋板蓋住金屬容器的開口，然后將金屬容器放入可控氣氛共晶爐；
f)排出可控氣氛共晶爐爐腔內的空氣，并向可控氣氛共晶爐充氮氣使爐腔內的壓力為一個標準大氣壓；
g)按照工藝要求設定可控氣氛共晶爐的溫度曲線，對待焊接件與芯片共晶焊接；在可控氣氛共晶爐的升溫過程中向可控氣氛共晶爐連續充入流量為2L/min的氮氣，在可控氣氛共晶爐達到設定溫度的最高值后，仍然保持向爐內充入流量多2L/min的氮氣，保持時間30?60s ;然后對可控氣氛共晶爐抽真空，使爐內真空度< IPa，該真空度保持時間30?60s ;在之后的降溫過程中向可控氣氛共晶爐連續充入流量為10?30L/min的氮氣，直至可控氣氛共晶爐的焊接程序結束。
[0006]本發明的有益效果是，在可控氣氛共晶爐進行焊接的降溫程序中，使爐內真空度(IPa，真空度保持時間30?60s，使得芯片與待焊接件中的氣體，以及焊片熔化產生的氣體，在芯片自重和高真空環境的條件下，能夠被順利抽出，最終芯片利用其自重在待焊接件上產生壓力，實現與待焊接件的焊接，無需另外設置加壓裝置，從而保證了在焊接時芯片的表面質量，簡化了焊接操作過程。
【附圖說明】
[0007]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明:
圖1是本發明的示意圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖1所示，本發明提供一種芯片共晶焊接方法，包括以下步驟:
a)清潔焊片3與待焊接件2(例如陶瓷基板)，去除焊片3與待焊接件2表面的污物，可對焊片3與待焊接件2進行表面打磨與超聲波清洗來達到去污的目的；
b)對焊片3進行裁剪，使焊片3的尺寸與芯片4相適應，并對焊片3進行整平操作，焊片3的面積應略大于芯片4的面積；
c)將待焊接件2水平置于金屬容器I內的底部；
d)將焊片3水平置于待焊接件2的焊接區，再將芯片4水平置于焊片3的中心，待焊接件2的焊接區、焊片3與芯片4的中心點重合；
e)在金屬容器I的頂部放置金屬蓋板5，使金屬蓋板5蓋住金屬容器I的開口，然后將金屬容器I放入可控氣氛共晶爐6，金屬容器I的底部應與可控氣氛共晶爐6的加熱盤6a緊密貼合，從而保證加熱均勻可靠；
f)排出可控氣氛共晶爐6爐腔內的空氣，排空氣時可以先對可控氣氛共晶爐6抽真空，待真空度為5?1Pa后，再向爐腔內以2L/min的流量充氮氣30s，之后重復抽真空與充氮氣的過程I次以上，保證爐腔內的空氣被充分排出，排出空氣使得焊接質量不會受空氣中不良氣體的影響(例如氧氣);然后向可控氣氛共晶爐6的爐腔內充氮氣，使爐腔內的壓力為一個標準大氣壓；
g)按照工藝要求設定可控氣氛共晶爐6的溫度曲線，對待焊接件2與芯片3共晶焊接；在可控氣氛共晶爐6的升溫過程中向可控氣氛共晶爐6的爐腔內連續充入流量為2L/min的氮氣，利用氮氣增加熱傳導，保證待焊接件2能夠順利升溫，使待焊接件能夠達到預設溫度；
在可控氣氛共晶爐達到設定溫度的最高值后，仍然保持向爐內充入流量多2L/min的氮氣，保持時間30?60s，保證焊片能夠充分熔化；然后對可控氣氛共晶爐6的爐腔抽真空，使爐內真空度< IPa，該真空度保持時間30?60s ;在之后的降溫過程中向可控氣氛共晶爐連續充入流量為10?30L/min的氮氣，直至可控氣氛共晶爐的焊接程序結束，此時氮氣可以加速降溫，另外也可以恢復爐腔內的壓力。
[0009]待可控氣氛共晶爐的焊接程序結束后，取出焊接組件即完成所有的焊接工作。
[0010]在可控氣氛共晶爐進行焊接的降溫程序中，使爐內真空度< IPa，真空度保持時間30?60s，使得芯片與待焊接件中的氣體，以及焊片熔化產生的氣體，在芯片自重和高真空環境的條件下，能夠被順利抽出，最終芯片利用其自重在待焊接件上產生壓力，實現與待焊接件的焊接，無需另外設置加壓裝置，從而保證了在焊接時芯片的表面質量，簡化了焊接操作過程。
[0011]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種芯片共晶焊接方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: a)清潔焊片與待焊接件，去除焊片與待焊接件表面的污物； b)將焊片裁剪為焊接所需尺寸，并進行整平處理； c)將待焊接件水平置于金屬容器內底部； d)將焊片水平置于待焊接件的焊接區，再將芯片水平置于焊片的中心； e)在金屬容器的頂部放置金屬蓋板，使金屬蓋板蓋住金屬容器的開口，然后將金屬容器放入可控氣氛共晶爐； f)排出可控氣氛共晶爐爐腔內的空氣，并向可控氣氛共晶爐充氮氣使爐腔內的壓力為一個標準大氣壓； g)按照工藝要求設定可控氣氛共晶爐的溫度曲線，對待焊接件與芯片共晶焊接；在可控氣氛共晶爐的升溫過程中向可控氣氛共晶爐連續充入流量為2L/min的氮氣，在可控氣氛共晶爐達到設定溫度的最高值后，仍然保持向爐內充入流量多2L/min的氮氣，保持時間30?60s ;然后對可控氣氛共晶爐抽真空，使爐內真空度< IPa，該真空度保持時間30?60s ;在之后的降溫過程中向可控氣氛共晶爐連續充入流量為10?30L/min的氮氣，直至可控氣氛共晶爐的焊接程序結束。
【專利摘要】本發明公開一種芯片共晶焊接方法，首先去除焊片與待焊接件的表面污物，接著裁剪焊片，之后將待焊接件、焊片與芯片放入金屬容器內，再將金屬容器放入可控氣氛共晶爐按照工藝要求設定可控氣氛共晶爐的溫度曲線，對待焊接件與芯片共晶焊接；在可控氣氛共晶爐升溫之前排出爐內空氣，升溫過程中充入流量為2L/min的氮氣，保證焊片熔化，降溫過程中使爐內真空度≤1Pa，真空度保持時間30～60s，使得芯片與待焊接件中的氣體，以及焊片熔化產生的氣體，在芯片自重和高真空環境的條件下，能夠被順利抽出，最終芯片利用其自重在待焊接件上產生壓力，實現與待焊接件的焊接，無需另外設置加壓裝置，從而保證了在焊接時芯片的表面質量，簡化了焊接操作過程。
【IPC分類】H01L21/58
【公開號】CN104934336
【申請號】CN201510206904
【發明人】李壽勝, 夏俊生, 張劍, 鄒建安, 臧子昂
【申請人】華東光電集成器件研究所
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年4月28日