전자 기기의 진공 소결

오늘날 전자 산업이 빠르게 발전하는 시대에 진공 소결 기술은 저온 진공 브레이징이라고도 하며, 중요한 마이크로전자 접속 기술입니다. 현대 전자 칩 레벨 패키징 및 조립에서는 저융점 금속 기반 합금 솔더(필러라고도 함)를 대량으로 사용하여 장치를 패키징하고 기판 조립을 완료합니다. 과거 질소 보호 분위기에서 양압으로 패키징 및 조립하던 기존 공정은 현대 전자 기술의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 기존 공정을 사용하면 칩과 기판의 용접 표면에서 브레이징이 진행될 때 내부 잔류 기공이 많아지고 유효 열 방출 면적이 줄어들어 칩의 접합 온도가 쉽게 상승하고 소손될 수 있습니다. 진공 소결 기술은 음압 진공 상태에서 전자 장치를 브레이징하여 패키징 및 조립하는 방식으로, 칩과 기판의 용접 표면 품질이 질적으로 향상됩니다. 브레이징률이 크게 향상될 뿐만 아니라 용접 표면의 치밀도와 용접 접합 강도도 크게 개선됩니다.

1. 진공 소결 공정

1.1 진공 소결 메커니즘

서로 다른 두 금속은 각 금속의 녹는점보다 훨씬 낮은 온도에서 일정한 비율로 공정 합금을 형성합니다. 이보다 낮은 온도를 저공정점이라고 합니다. 진공 소결 공정에서는 얇은 합금 포일(일반적으로 솔더 또는 브레이징 재료라고 함)을 칩과 기판(웨이퍼 또는 케이스) 사이에 배치합니다. 그런 다음 조립체를 합금의 공정 온도까지 가열하여 합금이 녹고 액상 솔더를 형성하도록 합니다. 액상 솔더는 칩 기판의 전체 표면과 기판의 접합면을 젖게 합니다. 솔더는 솔더링층 금속 및 기판 접합면과 물리적·화학적 반응을 일으켜 일정량의 금속간 화합물을 형성합니다. 이후 조립체를 공정 온도 이하로 냉각하면 솔더와 금속간 화합물이 칩과 기판을 서로 결합하여 양호한 오믹 접촉을 형성하고, 칩을 회로 기판 및 기능 부품에 솔더링하는 작업이 완료됩니다. 전력 하이브리드 집적 회로에 일반적으로 사용되는 얇은 합금 솔더 재료로는 금-주석 합금 솔더(녹는점 약 280°C), 금-게르마늄 합금 솔더(녹는점 약 356°C), 금-실리콘 합금 솔더(녹는점 약 370°C)가 있습니다.

1.2 진공 소결 공정

진공 소결은 주로 소결로의 진공 기술을 통해 로 내부의 환경 조건을 효과적으로 제어합니다. 소결 공정은 예열, 배기, 진공 펌핑, 가열, 냉각 및 가스 충전 등의 단계로 이루어집니다. 전체 소결 공정을 포괄하도록 적절한 온도 및 보호 가스 제어 곡선을 설정합니다. 진공 소결로의 성능은 진공 소결 공정의 요구 사항을 충족해야 합니다. 진공 소결 공정의 주요 매개변수는 다음과 같습니다.

1）최고 온도: 450°C;

2）온도 균일도: ±3°C (공간 영역 내);

3）가열 속도: 15°C/min (평균);

4）냉각 속도: 5°C/min (300°C에서 200°C까지).

5）작동 진공도: 6×10–3 Pa;

6）진공 펌핑 속도: 15-20분 내 작동 진공도 도달;

7）진공 누설량: ≤0.6 Pa/h;

8）보호 가스 체적 분율: 99.9995%.

전력 하이브리드 집적 회로에서는 여러 칩을 동시에 조립해야 하는 경우가 많으므로 정밀한 위치 설정을 위한 적절한 고정구와 지그가 필요합니다. 고정구의 성능은 솔더링 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 전력 칩과 기판의 조립 및 소결 과정에서 위치 결정 정밀도는 고정구에 좌우됩니다. 솔더링 중 가열과 압력의 적용 역시 고정구를 통해 보장됩니다. 고정구의 치수는 장치에 따라 달라지므로 진공 소결 공정에는 고정구에 대한 특정 요구 사항이 있으며, 그 내용은 다음과 같습니다.

1）고정구 재료는 일반적으로 스테인리스강 또는 고순도 강화 흑연을 사용하여 진공 고온에서의 휘발을 방지합니다.

2）고정구는 가공 중 진공 열처리를 실시하여 잔류 응력을 제거하고 치수 안정성과 위치 결정 정밀도를 확보합니다.

3） 고정구에는 조절 가능한 클램핑력이 있어 칩과 기판 사이의 간격을 효과적으로 줄이고 솔더 기공을 최소화하며 소결 품질을 보장합니다. 일반적으로 탄성 클램핑 또는 가압 블록을 이용한 자중 클램핑이 사용됩니다.

진공 소결 장비

진공 소결로는 전력 하이브리드 집적 회로의 진공 소결 및 솔더링에 사용되는 전문 장비입니다. SIMUWU의 RVS-446 진공 소결로를 예로 들면, 전자 산업의 배치 생산에 적합합니다. 주요 구성 요소로는 노 본체, 가열 장치, 강제 냉각 시스템, 진공 시스템 및 전기 제어 시스템이 있습니다.

2.1 노 본체

노 본체는 진공 소결로의 주요 부분입니다. 물 재킷이 장착된 이중층 강철 원통과 내부 가열 장치로 구성됩니다. 부품 소결의 청정도 요구 사항을 충족하기 위해 원통의 내벽은 스테인리스강으로, 외벽은 탄소강으로 제작됩니다. 노 본체에는 수냉식 전극과 삽입형 열전대가 장착되어 있습니다. 노 문은 관찰창이 있는 타원형 표준 헤드 설계를 채택합니다. 노 내부의 진공 무결성을 확보하기 위해 본체와 노 문 사이에 더브테일 밀봉 홈과 "O"링 고무 씰을 사용합니다.

2.2 강제 냉각 시스템

강제 냉각 시스템은 주로 소결 및 솔더링 중 냉각 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 솔더가 응고되는 동안의 냉각 속도는 소결 접합면의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 솔더와 장치에 따라 요구되는 냉각 속도가 다릅니다. 진공 소결로에는 원심 팬과 열교환기를 사용하여 신속하게 냉각하는 이중 기능 냉각 장치가 장착되어 있습니다. 분위기를 제어하여 자연 냉각이 이루어지도록 할 수도 있어 다양한 공정 요구 사항을 충족합니다.

진공 소결 품질

금속층이 있는 Ti-Ni-Ag 및 Ti-Ni-Au 전력 칩에 대해 X선 영상 검사를 실시했습니다. X선 영상 샘플링 결과 기공이 거의 없었으며, 배치 생산에서 유효 솔더링 면적은 95%를 초과했습니다.

당사는 진공 소결 장비 및 관련 제품을 전문적으로 제조하는 업체입니다. 첨단 기술과 경험을 바탕으로 고객의 요구를 충족하는 고품질 진공 소결 장비를 제공할 수 있습니다. 소결 공정부터 툴링 설계까지 전문적인 솔루션을 제공해 드립니다. 당사의 장비는 안정적인 성능과 뛰어난 안정성을 갖추어 용접 품질과 생산성을 보장합니다. 진공 소결과 관련된 제품이나 서비스가 필요하시면 기꺼이 지원하고 협력하겠습니다. 언제든지 문의해 주세요: edith@xy-global.com . 전자 산업의 발전을 위해 함께 협력할 수 있기를 기대합니다.