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最新大年夜功率产品共晶焊接工艺你知道吗?(科普)_焊料_温度

南宫静远 2025-01-15 00:59:19 0

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共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的征象。
共晶合金的基本特性是:两张不同的金属可在远低于各自的熔点温度下按一定比例形成共熔合金,共晶合金直接从固态变到液态,而不经由塑性阶段,是一个液态同时天生两个固态的平衡反应,其熔化温度称共晶温度,此温度远远低于合金中任何一种金属的熔点。
共晶焊估中的合金的比例不同,其共晶温度也不同。

合金焊料焊接具有机器强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高档优点。
大功率或者高功率密度的高可靠电路等的芯片与载体(如外壳、基板等)焊接常日采取合金焊料,以形成抗热疲倦性优、热阻低、打仗小的焊接手法。

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在稠浊集成技能中,将半导体芯片、厚薄膜电路安装到金属载板、腔体、稠浊电路基板、管座、组合件等器件上去.共晶焊是微电子组装中的一种主要的焊接,又称为低熔点合金焊接。
在芯片和载体(管壳和基片)之间放入共晶合金薄片(共晶焊料),在一定的保护气氛中加热到合金共熔点使其融熔,添补于管芯和载体之间,同时管芯背面和载体表面的金会有少量进入熔融的焊料,冷却后,会形成合金焊料与金层之间原子间的结合,从而完成芯片与管壳或其他电路载体的焊接。

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(图片来自网络侵删)

真空共晶紧张是利用真空共晶炉的真空技能,有效掌握炉内气氛,大致通过预热、排气、真空、加温、降温、充气等过程,设置出相应的温度、气体掌握曲线,从而实现共晶的全过程。
真空共晶炉如下图所示:

它具有多个有点:

①通过抽真空,派出了大气中的氧气,有限掌握了事情气氛,因此能够有效避免空洞和氧化物的产生。

②由于全体共晶过程可以通过参数曲线进行掌握,可以避免人为操作带来的偏差。

③在经由工艺实验稳定参数后,可以一次完成多个产品的共晶,也可以一次完成电路与芯片的安装。
因此真空共晶炉在海内、外迅速得到了广泛的重视和运用。

2、 真空环境下影响共晶焊接的成分

①真空度和保护气氛

真空度和保护气氛是影响共晶焊接质量的一个主要成分。
在共晶焊接过程中,如果真空度太低,焊接区周围的气体以及焊料、被焊器件焊接时开释的气体随意马虎在焊接完成后形成空洞,从而增加器件的热阻,降落器件的可靠性。
但是真空度太高,在加热过程中传到介质变少,随意马虎产生共晶焊料达到熔点但是没有熔化的征象。
一样平常共晶焊接时的真空度为5Pa~10Pa,但对付一些内部哀求真空度的器件来说,真空度每每哀求更高,可到达到510ˉ³Pa,乃至更高。

②温度曲线设置

温度曲线中,一样平常包含预热区、升温去、回流区和冷却区,温度曲线如下图4所示。
温度曲线的制订必须与产品及其所用的焊料决定,否则达不到焊接效果会受到极大影响。

夹具或压力根据实际情形的差异,部分共晶焊接须要在芯片上方施加压力,压力的大小直接影响焊接质量。
用真空可控气氛共晶炉在真空环境下实现共晶时,常常在加热的石墨夹具上制作专门的装置来完成对芯片的加压过程,产品不同压力不同。
也有可能利用到弹簧等分外的夹具。
共晶焊接手法丰要用于高频、大功率电路或者必须达到宇航级哀求的电路。
焊接时的热损耗,热应力,湿度,颗粒以及冲击或振动是影响焊接效果关键成分。
热损伤会影响薄膜器件的性能;湿度过高可能引起粘连,磨损,附着征象;无效的热部件会影响热的传导。
共晶时最常见的问题是基座(Heater Block)的温度低于共晶温度.在这种情形下,焊料仍能熔化,但没有足够的温度来扩散芯片背面的镀金层,而操作者随意马虎误认为焊料熔化便是共晶了。
另一方面,用过长的韶光来加热基座会导致电路金属的破坏,可见共晶时温度和韶光的掌握是十分主要的。
由于以上缘故原由,温度曲线的设置是共晶好坏的主要成分。
由于共晶时须要的温度较高,特殊是用AuGe焊料共晶,对基板及薄膜电路的耐高温特性提出了哀求。
哀求电路能承受400℃的高温,在该温度下,电阻及导电性能不能有改变。

焊料的选用

焊料是共晶焊接非常关键的成分。
有多种合金可以作为焊料,如AuGe、AuSn、AuSi、Snln、SnAg、SnBi等,各种焊料因其各自的特性适于不同的运用处所。
如:含银的焊料SnAg,易于与镀层含银的端面接合,含金、含铟的合金焊料易于与镀层含金的端面接合。
根据被焊件的热容量大小,一样平常共晶炉设定的焊接温度要高于焊料合金的共晶温度30~50℃。
芯片能耐受的温度与焊料的共晶温度也是进行共晶时应该关注的问题。
如果焊料的共晶温度过高,就会影响芯片材料的物理化学性子,使芯片失落效。
因此焊料的选用要考虑镀层的成份与被焊件的耐受温度。
此外,如焊料存放韶光过长,会使其表面的氧化层过厚,因焊接过程中没有人工干预,氧化层是很难去除的,焊料熔化后留下的氧化膜会在焊后形成空洞。
在焊接过程中向炉腔内充入少量氢气,可以起到还原部分氧化物的浸染,但最好是利用新焊料,使氧化程度降到最低。
因此降落空洞率 共晶后,空洞率是一项主要的检测指标,如何降落空洞率是共晶的关键技能。
空洞常日是由焊料表面的氧化膜、粉尘微粒、熔化时未排出的气泡形成。
由氧化物所形成的膜会阻碍金属化表面的结合部相互渗透,留下的缝隙,冷却凝集后形成空洞。
共晶焊时形成的空洞会降落器件的可靠性,扩大IC断裂的可能,并会增加器件的事情温度、削弱管芯的粘贴能力。
共晶后焊接层留下的空洞会影响接地效果及其它电气性能。

肃清空洞的紧张方法有:

(1)共晶焊前清洁器件与焊料表面,去除杂质;

(2)共晶时在器件上放置加压装置,直接施加正压;

共晶的一个关键成分是温度,它不是纯挚的到达某个定值温度,而是要经由一个温度曲线变革的过程,在温度变革中,还要具备处理任何随机事宜的能力,如抽真空、充气、排气等事

件。
这些都是共晶炉设备具备的功能。

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