[发明专利]一种真空共晶焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件焊接领域，尤其涉及一种真空共晶焊接方法。

背景技术

微电子封装包含多个工艺步骤，其中芯片与热沉之间的焊接是一个关键步骤。传统的工艺方法是采用导电胶粘接，粘接后电阻率大、导热系数小，造成微波损耗大，管芯、热沉热阻大，结温高，功率输出受限，造成电路组件性能指标和可靠性下降，无法满足军用混合电路组件的组装要求。

目前，共晶焊接在微电子封装中涉及面最广，特别是军用电子器件、组件进一步向多功能集成及微型化方向发展，具有高频、高速、宽带的特点。共晶焊接一般采用以下几种设备实现：带有吸嘴和镊子的手动共晶焊机；红外再流焊炉以及真空共晶炉。

采用手动共晶焊接因是在空气环境下进行，容易产生空洞，空洞直接导致散热性能降低，造成电路性能及可靠性的降低；如采用手动共晶焊接方式进行多芯片共晶时，芯片重复受热，焊料多次融化易使焊接面氧化，严重影响芯片的寿命和性能。采用红外再流焊炉进行的共晶焊接需要使用助焊剂，会产生助焊剂污染，需增加清洗工艺，如清洗不彻底将导致电路长期可靠性指标降低。

真空共晶已成为大面积芯片、高功率芯片、多芯片高可靠共晶焊接的首选方法。通过真空共晶炉制造真空环境，阻止了焊料氧化，减少了焊接空洞；还能实现多芯片同时共晶。

目前真空焊接广泛使用的办法是:首先对真空共晶炉的工艺腔室内抽真空，然后工艺腔室内加热至共晶温度，保温一段时间后通入氮气冷却至常温。这样作的缺点是：一、因共晶焊接用的焊料片在生产、储运过程已部分氧化，因此在真空共晶焊接时会产生氧化渣滓；二、工艺腔室内一直处于真空状态，其加热效率很低，焊料处于熔融状态的时间比较长，容易造成过焊和加速芯片老化导致失效。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种加热效率高、氧化率低、过焊率低的一种真空共晶焊接方法。

本发明采用的技术方案是：一种真空共晶焊接方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

1) 加工一种工装，该工装为高纯石墨板，在石墨板上铣若干个方形槽，在方形槽的一组对边铣两个半圆槽；

2) 将石墨工装清洗后安装进真空共晶炉的工艺腔室内；

3) 清洗热沉、预成型焊料片；

4) 依次将热沉、预成型焊料片和芯片放入石墨工装的方形槽内；

5) 关闭真空共晶炉工艺腔室的盖板；

6) 工艺腔室内抽真空、充氮气，反复多次；

7) 真空共晶炉内的石英灯管加热工艺腔室到设定温度；

8) 向工艺腔室通入流量经过控制的还原剂；

9) 待预成型焊料片上被氧化的部分焊料得到还原后，工艺腔室内再次抽真空；

10) 工艺腔室内继续加热升温至共晶焊接所需温度；

11) 待工艺腔室内温度达到共晶温度后停止充氮气，保温一段时间，同时抽真空；

12) 保温一段时间待焊接完成后，向工艺腔室通入大量氮气，促使腔室内快速降温；

13) 打开工艺腔室盖板，取出已完成共晶焊接的芯片组件。

本发明的第一优选方案是：在步骤8中，该还原剂可以是甲酸蒸气或是氢气。

本发明的第二优选方案是：在步骤10中，工艺腔室内升温时通入一定流量的氮气。

本发明的技术优势在于：克服了现有技术焊料片表层氧化导致焊接面出现氧化渣滓的问题，降低了焊料片的存储条件要求；缩短了共晶时间，避免了芯片过焊和高温加速老化导致失效以及降低了空洞率。具有可靠性高、成品率高以及成本低的特点。其焊透率达到99%以上，成品率100%。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1 为本实施例焊接示意图。

具体实施方式

本实施例所采用的方法是：

1.设计加工一种工装，该工装选用材料为高纯石墨板，在石墨板上铣若干个方形槽，在方形槽的一组对边铣两个半圆槽，用于取放热沉、预成型焊料片以及芯片；

2.将石墨工装清洗后安装进真空共晶炉的工艺腔室内；

3.清洗热沉、预成型焊料片；

4.依次将热沉、预成型焊料片和芯片放入石墨工装的方形槽内；

5.关闭真空共晶炉工艺腔室的盖板；

6.工艺腔室内抽真空、充氮气、再抽真空，通过反复抽真空、充氮气去除腔室内的氧气和水汽，纯化腔室内气氛；

7.真空共晶炉内的石英灯管加热工艺腔室到设定温度；