一种芯片共晶焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及芯片焊接领域，具体是一种芯片共晶焊接方法。
【背景技术】
[0002]公知的，随着混合集成电路向着高性能、高可靠性、小型化、高均匀性及低成本方向的发展，对芯片焊接工艺提出了越来越高的要求，目前对芯片等元器件与载体(如基板、管壳等)进行互联时，主要的方法有导电胶粘接和共晶焊接。共晶焊接又称为低熔点合金焊接，是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变成液态，而不经过塑性阶段，共晶焊接由于具有电阻率小、导热系数小、热阻小、损耗小、可靠性高等优点，所以被广泛用于高焊接工艺要求的芯片焊接中。
[0003]现阶段，实现共晶焊接的设备主要有真空可控气氛共晶炉、镊子共晶机、红外再流焊炉、箱式炉等，真空可控气氛共晶炉在共晶焊接时能够提供真空环境或可控的气氛(氮气、氮气和甲酸的混合气体等)，无需使用助焊剂，并能够根据焊接对象的共晶特点，设定工艺曲线，精确控制炉体内的共晶环境，包括温度和时间，真空度、充气气体流量和时间等。精确的工艺环境控制和使用的安全性使得真空可控气氛共晶炉成为共晶焊接的理想设备。但是在采用真空可控气氛共晶炉的进行焊接时，其真空度一般为“5Pa?10Pa”，在这种条件下，在芯片上方施加压力是否合适对焊接质量影响很大，另外，还必须专门设计定位夹具与配套的加压装置，通常是在加热的金属或石墨夹具上做加压装置来实现对芯片的加压，为了保证压力，加压装置一般采用一定质量的金属压块，但是因为芯片表面的铝层非常脆弱，金属压块工件表面的粗糙程度足以造成芯片表面铝层的划伤，不能满足在焊接时保证芯片表面质量的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种芯片共晶焊接方法，该方法能够保证在焊接时的芯片表面质量，并且无需另外设置加压装置，提高焊接质量，简化焊接操作过程。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种芯片共晶焊接方法，包括以下步骤:
a)清洁焊片与待焊接件，去除焊片与待焊接件表面的污物；
b)将焊片裁剪为焊接所需尺寸；
c)将待焊接件水平置于金属容器内底部；
d)将焊片水平置于待焊接件的焊接区，再将芯片水平置于焊片的中心；
e)在金属容器的顶部放置金属盖板，使金属盖板盖住金属容器的开口，然后将金属容器放入可控气氛共晶炉；
f)排出可控气氛共晶炉炉腔内的空气，并向可控气氛共晶炉充氮气使炉腔内的压力为一个标准大气压；
g)按照工艺要求设定可控气氛共晶炉的温度曲线，对待焊接件与芯片共晶焊接；在可控气氛共晶炉的升温过程中向可控气氛共晶炉连续充入流量为2L/min的氮气，在可控气氛共晶炉达到设定温度的最高值后，仍然保持向炉内充入流量多2L/min的氮气，保持时间30?60s ;然后对可控气氛共晶炉抽真空，使炉内真空度< IPa，该真空度保持时间30?60s ;在之后的降温过程中向可控气氛共晶炉连续充入流量为10?30L/min的氮气，直至可控气氛共晶炉的焊接程序结束。
[0006]本发明的有益效果是，在可控气氛共晶炉进行焊接的降温程序中，使炉内真空度(IPa，真空度保持时间30?60s，使得芯片与待焊接件中的气体，以及焊片熔化产生的气体，在芯片自重和高真空环境的条件下，能够被顺利抽出，最终芯片利用其自重在待焊接件上产生压力，实现与待焊接件的焊接，无需另外设置加压装置，从而保证了在焊接时芯片的表面质量，简化了焊接操作过程。
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
图1是本发明的示意图。
【具体实施方式】
[0008]如图1所示，本发明提供一种芯片共晶焊接方法，包括以下步骤:
a)清洁焊片3与待焊接件2(例如陶瓷基板)，去除焊片3与待焊接件2表面的污物，可对焊片3与待焊接件2进行表面打磨与超声波清洗来达到去污的目的；
b)对焊片3进行裁剪，使焊片3的尺寸与芯片4相适应，并对焊片3进行整平操作，焊片3的面积应略大于芯片4的面积；
c)将待焊接件2水平置于金属容器I内的底部；
d)将焊片3水平置于待焊接件2的焊接区，再将芯片4水平置于焊片3的中心，待焊接件2的焊接区、焊片3与芯片4的中心点重合；
e)在金属容器I的顶部放置金属盖板5，使金属盖板5盖住金属容器I的开口，然后将金属容器I放入可控气氛共晶炉6，金属容器I的底部应与可控气氛共晶炉6的加热盘6a紧密贴合，从而保证加热均匀可靠；
f)排出可控气氛共晶炉6炉腔内的空气，排空气时可以先对可控气氛共晶炉6抽真空，待真空度为5?1Pa后，再向炉腔内以2L/min的流量充氮气30s，之后重复抽真空与充氮气的过程I次以上，保证炉腔内的空气被充分排出，排出空气使得焊接质量不会受空气中不良气体的影响(例如氧气);然后向可控气氛共晶炉6的炉腔内充氮气，使炉腔内的压力为一个标准大气压；
g)按照工艺要求设定可控气氛共晶炉6的温度曲线，对待焊接件2与芯片3共晶焊接；在可控气氛共晶炉6的升温过程中向可控气氛共晶炉6的炉腔内连续充入流量为2L/min的氮气，利用氮气增加热传导，保证待焊接件2能够顺利升温，使待焊接件能够达到预设温度；
在可控气氛共晶炉达到设定温度的最高值后，仍然保持向炉内充入流量多2L/min的氮气，保持时间30?60s，保证焊片能够充分熔化；然后对可控气氛共晶炉6的炉腔抽真空，使炉内真空度< IPa，该真空度保持时间30?60s ;在之后的降温过程中向可控气氛共晶炉连续充入流量为10?30L/min的氮气，直至可控气氛共晶炉的焊接程序结束，此时氮气可以加速降温，另外也可以恢复炉腔内的压力。
[0009]待可控气氛共晶炉的焊接程序结束后，取出焊接组件即完成所有的焊接工作。
[0010]在可控气氛共晶炉进行焊接的降温程序中，使炉内真空度< IPa，真空度保持时间30?60s，使得芯片与待焊接件中的气体，以及焊片熔化产生的气体，在芯片自重和高真空环境的条件下，能够被顺利抽出，最终芯片利用其自重在待焊接件上产生压力，实现与待焊接件的焊接，无需另外设置加压装置，从而保证了在焊接时芯片的表面质量，简化了焊接操作过程。
[0011]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种芯片共晶焊接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: a)清洁焊片与待焊接件，去除焊片与待焊接件表面的污物； b)将焊片裁剪为焊接所需尺寸，并进行整平处理； c)将待焊接件水平置于金属容器内底部； d)将焊片水平置于待焊接件的焊接区，再将芯片水平置于焊片的中心； e)在金属容器的顶部放置金属盖板，使金属盖板盖住金属容器的开口，然后将金属容器放入可控气氛共晶炉； f)排出可控气氛共晶炉炉腔内的空气，并向可控气氛共晶炉充氮气使炉腔内的压力为一个标准大气压； g)按照工艺要求设定可控气氛共晶炉的温度曲线，对待焊接件与芯片共晶焊接；在可控气氛共晶炉的升温过程中向可控气氛共晶炉连续充入流量为2L/min的氮气，在可控气氛共晶炉达到设定温度的最高值后，仍然保持向炉内充入流量多2L/min的氮气，保持时间30?60s ;然后对可控气氛共晶炉抽真空，使炉内真空度< IPa，该真空度保持时间30?60s ;在之后的降温过程中向可控气氛共晶炉连续充入流量为10?30L/min的氮气，直至可控气氛共晶炉的焊接程序结束。
【专利摘要】本发明公开一种芯片共晶焊接方法，首先去除焊片与待焊接件的表面污物，接着裁剪焊片，之后将待焊接件、焊片与芯片放入金属容器内，再将金属容器放入可控气氛共晶炉按照工艺要求设定可控气氛共晶炉的温度曲线，对待焊接件与芯片共晶焊接；在可控气氛共晶炉升温之前排出炉内空气，升温过程中充入流量为2L/min的氮气，保证焊片熔化，降温过程中使炉内真空度≤1Pa，真空度保持时间30～60s，使得芯片与待焊接件中的气体，以及焊片熔化产生的气体，在芯片自重和高真空环境的条件下，能够被顺利抽出，最终芯片利用其自重在待焊接件上产生压力，实现与待焊接件的焊接，无需另外设置加压装置，从而保证了在焊接时芯片的表面质量，简化了焊接操作过程。
【IPC分类】H01L21/58
【公开号】CN104934336
【申请号】CN201510206904
【发明人】李寿胜, 夏俊生, 张剑, 邹建安, 臧子昂
【申请人】华东光电集成器件研究所
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年4月28日