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GaN 晶圆级 AuSn 焊料沉积
关键词：GaN、焊料、AuSn 焊料、溅射、共晶、芯片粘接摘要对于 GaN MMIC 芯片粘接，经常使用 80%Au20%Sn 共晶焊料。通常的做法是使用预制件 AuSn 将芯片粘接到 CuW 或其他一些基板上。在此过程中，操作员可能需要将预制件切割成芯片尺寸，然后对齐预制件、芯片和基板。由于操作员需要同时对齐三个微小部件（预制件、芯片和基板），因此这是一个具有挑战性的过程，可能需要返工。此外，预制件厚度为 1mil（在我们的例子中），这可能导致过量的焊料溢出，需要清理，因为它会妨碍其他片外组装。整个芯片粘接过程可能很耗时。在本文中，我们描述了一种在分离芯片之前在 GaN 晶圆上使用共晶成分溅射靶溅射沉积共晶 AuSn 的方法。它消除了预制件和芯片的对准，并且不会挤出多余的 AuSn。通过使用共晶溅射靶，它还可以简化靶材制造。下面给出了芯片粘接结果。引言宽带微波 GaN MMIC 功率放大器在国防和通信应用中具有重要意义。随着设备性能的提高，芯片粘接变得非常重要，因为它会极大地影响 MMIC 的热预算。80%Au/20%Sn 焊料已用于半导体应用超过 50 年，通常作为冲压预制件。然而，由于需要将 MMIC 芯片中的多个小块和焊料预制件对准到载体上，因此芯片粘接过程可能很繁琐且耗时。在芯片分离之前在整个晶圆上溅射沉积 AuSn 将大大简化芯片粘接过程。然而，溅射的 AuSn 成分对于正确的焊料回流至关重要。由于 Au 和 Sn 的溅射产率不同，AuSn 溅射靶材的化学性质和沉积的 AuSn 薄膜之间存在显著的成分变化 [参考文献 1]。下图 1 显示了 Au-Sn 相图。通过仔细控制溅射参数（功率、压力和氩气），我们能够从共晶成分溅射靶中沉积共晶 AuSn。制造共晶成分溅射靶要容易得多/便宜得多。
使用反应膜进行电子应用的快速局部焊接
摘要 — 快速局部加热技术允许连接对温度敏感的材料和组件，而不会出现高温焊料回流工艺中常见的热损伤。这对于制造热膨胀系数差异较大的材料组件也很有利，不会产生弯曲或开裂。使用夹在焊料预制件之间的放热反应箔是一种很有前途的局部快速焊接工艺，因为它不需要任何外部热源。反应箔由交替堆叠的 Ni 和 Al 纳米层形成，直到达到总膜厚度。一旦使用外部电源激活薄膜，就会发生反应并释放出一定量的能量，这些能量会转移到焊料预制件上。如果这个能量足够高，焊料预制件就会熔化并确保组件材料之间的粘合。研究了施加的压力、反应膜 (RF) 厚度以及焊料和附着材料的化学成分和厚度的影响。结果表明，工艺过程中施加的压力对接头初始质量有很大影响，当压力值在 0.5 到 100 kPa 之间时，空洞率从 64% 降至 26%。这可以通过在较高压力下焊料流动性改善从而带来更好的表面润湿性并消除空洞来解释。另外，一旦焊料熔化时间增加，接头质量就会改善。当反应箔的厚度增加（额外的感应能量）或焊料、Cu 和/或 Si 的厚度减少（更少的能量消耗）时可以观察到这种关系。由于冷却速度高，与在炉中使用传统焊料回流工艺获得的结构相比，使用 RF 实现的 AuSn 接头的微观结构显示出非常细的相分布。在 100 kPa 压力下，对组装在活性金属钎焊基板上的 350 mm 厚硅二极管进行剪切试验，以评估接头的机械性能。RF 厚 60 mm，夹在两个 25 mm 厚的 96.5 Sn 3 Ag .5 Cu (SAC) 预制件之间。测试样品的空隙率约为 37%，剪切强度值超过 9.5 MPa，远高于 MIL-STD-883H 要求。最后，将工艺对组装二极管电气性能的影响与常用的焊料回流组件进行了比较，结果显示变化可以忽略不计。