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真空共晶焊接技術(shù)是一種新型封裝技術(shù),它可以在不使用任何助焊劑的情況下,實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率芯片的共晶焊接。在大功率芯片的封裝過程中,共晶焊接是連接基板和芯片的一項(xiàng)核心工藝技術(shù),焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品性能。與其他常規(guī)的焊接方式相比,共晶焊接的導(dǎo)熱系數(shù)高、電阻小、傳熱快、可靠性高。在芯片共晶焊接后對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí),空洞率是最主要的考核指標(biāo),空洞率的大小會(huì)直接決定芯片焊接質(zhì)量。

焊接空洞

所謂空洞，就是在焊料和母材的界面處，存在未潤(rùn)濕的空隙，或者在焊料內(nèi)部存在空洞。導(dǎo)致空洞缺陷產(chǎn)生的因素是多方面的，主要因素有殘留氣體、表面氧化、表面污染、焊劑殘?jiān)湍覆谋砻娲植诙鹊取?/span>

焊接空洞失效原因及采取措施

(1)焊料浸潤(rùn)性差

浸潤(rùn)性的好壞直接影響焊料流淌性能及焊接強(qiáng)度，良好的浸潤(rùn)性能減少空洞，提高焊接強(qiáng)度。

焊料的浸潤(rùn)性差，一方面可以認(rèn)為焊料與芯片背面的接觸面積較小;另一方面說明浸潤(rùn)液體邊緣受到的界面張力較大，阻礙了焊料的鋪展過程。

焊接的第一階段,是熔化的焊料在固體的金屬表面進(jìn)行充分?jǐn)U散,即潤(rùn)濕。熔化的焊料要潤(rùn)濕固體金屬表面的前提就是要求焊料片和金屬表面必須要潔凈。固體表面的潤(rùn)濕性主要由界面層原子或原子團(tuán)的性質(zhì)決定。

通過等離子清洗，可以去除表面污染物，引入親水極性基團(tuán)，增加焊料與芯片背面的接觸面積，提高浸潤(rùn)性，增大焊接面積及焊接強(qiáng)度。

（2）焊料表面氧化層

焊料存放時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使其表面產(chǎn)生過厚的氧化層。如果在焊接過程中沒有人工干預(yù)氧化層是很難去除的，焊料熔化后形成的氧化膜會(huì)在焊接后形成空洞。

采用等離子清洗技術(shù)對(duì)焊接表面作進(jìn)一步清洗，可以清除掉在材料表面的雜質(zhì)，并將管殼、焊料、芯片的氧化程度降到最低，從而減少空洞的產(chǎn)生，提高焊接質(zhì)量。

(3)焊接表面顆粒及粘污

在焊接過程中，如使用了不潔凈的管殼或芯片背面受到了污染，會(huì)造成焊接過程中的焊料不能完全擴(kuò)散，形成空洞，影響焊接效果。因此，管殼、芯片、焊片在焊接前要嚴(yán)格處理，去除材料在加工期和傳遞過程中帶來的污染。采用超聲和等離子清洗可有效去除材料表面的顆粒、有機(jī)粘污和離子沾污。

等離子清洗效果

利用等離子清洗機(jī)對(duì)芯片載體、焊料片進(jìn)行清洗,獲得的清洗效果如圖1-1所示。

圖1-1 等離子清洗前后潤(rùn)濕效果對(duì)比圖

等離子清洗機(jī)清洗改善被焊接面表面的潤(rùn)濕性,通過判定潤(rùn)濕性是否改善以及其改善程度即可判定清洗的效果。

通過以上圖片可以看出,清洗后的潤(rùn)濕角變小,表面狀態(tài)改善良好。為了進(jìn)一步測(cè)定,將清洗前后的材料進(jìn)行焊接,通過x-ray檢測(cè)其空洞率,效果如圖2-1所示。

圖2-1 等離子清洗前后焊接x-ray對(duì)比圖

通過以上x-ray檢測(cè)圖片看出,等離子清洗后的焊接空洞率接遠(yuǎn)小于5%,完全滿足大功率芯片的焊接要求。