半导体器件芯片焊接方法.docx

半导体器件芯片焊接方法随着当代科技的开展，半导体器件和组件在工程、贸易上得到了广泛应用。它在雷达、遥控遥测、航空航天等的大量应用对其可靠性提出了越来越高的要求。而因芯片焊接粘贴不良造成的失效也越来越引起了人们的重视，由于这种失效往往是致命的，不可逆的。芯片到封装体的焊接粘贴方法很多，可概括为金属合金焊接法或者称为低熔点焊接法和树脂粘贴两大类1。它们连接芯片的机理大不一样，必须根据器件的种类和要求进展公道选择。要获得理想的连接质量，还需要有针对性地分析各种焊接粘贴方法机理和特点，分析影响其可靠性的众多因素，并在工艺中不断地加以改良。本文对两大类半导体器件焊接粘贴方法的机理进展了简单阐述，对几种常用方法的特点和适用性进展了比拟，并讨论了在半导体器件中应用最为广泛的金-硅合金焊接失效形式及其解决方法。2芯片焊接粘贴方法及机理芯片的焊接是指半导体芯片与载体封装壳体或者基片形成结实的、传导性或者绝缘性连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或者是在其中掺杂金属如金或者银形成电和热的良导体。粘合剂大多采用环氧树脂。环氧树脂是稳定的线性聚合物，在参加固化剂后，环氧基翻开形成羟基并交链，进而由线性聚合物交链成网状构造而固化成热固性塑料。其经过由液体或者粘稠液凝胶化固体。固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴方法之一，它所需的固化温度低，这可以防止热应力，但有银迁移的缺点2。近年度来应用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶3。非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，可以用来改善热导率。树脂粘贴法因其操纵经过中载体不须加热，设备简单，易于实现工艺自动化操纵且经济实惠而得到广泛应用，尤其在集成电路和小功率器件中应用更为广泛。树脂粘贴的器件热阻和电阻都很高。树脂在高温下轻易分解，有可能发生填料的析出，在粘贴面上只留下一层树脂使该处电阻增大。因此它不适于要求在高温下工作或者需低粘贴电阻的器件。另外，树脂粘贴法粘贴面的机械强度远不如共晶焊接强度大。金属合金焊接法主要指金硅、金锗、金锡等共晶焊接。这里主要以金硅共晶焊为例加以讨论。金的熔点为1063，硅的熔点为1414，但金硅合金的熔点远低于单质的金和硅。从二元系相图中可以看到，含有31%的硅原子和69%的金原子的Au-Si共熔体共晶点温度为370。这个共晶点是选择适宜的焊接温度和对焊接深度进展控制的主要根据。金硅共晶焊接法就是芯片在一定的压力下附以摩擦或者超声，当温度高于共晶温度时，金硅合金融化成液态的Au-Si共熔体；冷却后，当温度低于共晶温度时，共熔体由液相变为以晶粒形式相互结合的机械混合物金硅共熔晶体而全部凝固，进而形成了结实的欧姆接触焊接面。共晶焊接法具有机械强度高、热阻小、稳定性好、可靠性高和含较少的杂质等优点，因此在微波功率器件和组件的芯片装配中得到了广泛的应用并备受高可靠器件封装业的青睐，其焊接强度已到达245MPa4。金属合金焊接还包括“软焊料焊接如95Pb/5Sn，92.5Pb/5In/2.5Ag，由于其机械强度相对较小，在半导体器件芯片焊接中不太常用。以下是几种焊接粘贴方法的比拟，如表1所示。无论采用哪种焊接方法，成功的标志都是芯片与封装体焊接面之间的界面结实、平整和没有空洞。由于Au-Si共晶焊接在半导体器件和微电子电路中应用最为广泛，因此结合工作实际这里主要针对此种焊接方法的失效原因和解决措施进展讨论。