Вакуумное спекание электронных устройств

В современную эпоху быстрого развития электронной промышленности технология вакуумного спекания, также известная как низкотемпературная вакуумная пайка, является важной технологией микроэлектронных соединений, современная упаковка и сборка электронных чипов представляют собой большое количество металлов с низкой температурой плавления. припой на основе сплава (также известный как наполнитель) для соединения, комплектации корпуса устройства и сборки платы. В прошлом упаковка с защитой от азота под положительным давлением и старый процесс сборки не могли удовлетворить требования современных электронных технологий. Используя старый процесс, чип и поверхность сварки подложки паяют за счет низкого уровня внутренних остаточных пустот, уменьшая площадь рассеивания тепла, чип легко нагревается и сгорает. Технология вакуумного спекания заключается в пайке под вакуумным отрицательным давлением, упаковке и сборке электронных устройств, качество сварной поверхности чипа и подложки качественно изменилось, не только значительно улучшилась скорость пайки, но также значительно улучшилась плотность поверхности сварного шва и прочность сварного соединения.

1. Процесс вакуумного спекания

1.1 Механизм вакуумного спекания

Два разных металла образуют эвтектический сплав в определенной пропорции при температурах значительно ниже их соответствующих точек плавления. Эта более низкая температура известна как их нижняя эвтектическая точка. Процесс вакуумного спекания включает размещение тонкой фольги из сплава (широко известной как припой или припой) между чипом и подложкой (пластиной или корпусом). Затем сборку нагревают до эвтектической температуры сплава, заставляя его плавиться и образовывать жидкий припой, который смачивает всю поверхность подложки чипа и сопрягаемую поверхность подложки. Припой вступает в физические и химические реакции с металлом припоя и сопрягаемой поверхностью подложки, образуя определенное количество интерметаллических соединений. Затем сборку охлаждают ниже эвтектической температуры, в результате чего припой и интерметаллические соединения соединяют микросхему и подложку вместе, обеспечивая хороший омический контакт и завершая пайку микросхемы с подложкой схемы и функциональными компонентами. Обычно используемые припои из тонких сплавов для силовых гибридных интегральных схем включают припой из сплава золота и олова (температура плавления около 280 ° C), припой из сплава золота и германия (температура плавления около 356 ° C) и припой из сплава золота и кремния (температура плавления около 356 ° C). 370°С).

1.2 Процесс вакуумного спекания

Вакуумное спекание в первую очередь основано на вакуумной технологии печи для спекания, позволяющей эффективно контролировать условия окружающей среды внутри печи. Процесс спекания осуществляется с помощью таких этапов, как предварительный нагрев, вакуумирование, вакуумная откачка, нагрев, охлаждение и наполнение газом. Подходящие кривые контроля температуры и защитного газа устанавливаются для всего процесса спекания. Производительность вакуумной печи для спекания должна соответствовать требованиям процесса вакуумного спекания. Ключевые параметры процесса вакуумного спекания следующие:

1) Максимальная температура: 450°C;

2) Однородность температуры: ±3°C (в пределах пространственной области);

3) Скорость нагрева: 15°C/мин (в среднем);

4) Скорость охлаждения: 5°C/мин (от 300°C до 200°C).

5) Уровень рабочего вакуума: 6×10–3 Па;

6) Скорость вакуумной откачки: рабочий уровень вакуума достигается за 15-20 минут;

7) Утечка вакуума: ≤0,6 Па/ч;

8) Объемная доля защитного газа: 99,9995%.

В силовых гибридных интегральных схемах часто встречается одновременная сборка нескольких микросхем, что требует подходящих приспособлений и приспособлений для точного позиционирования. Производительность приспособлений напрямую влияет на качество пайки. Точность позиционирования во время сборки и спекания силовых чипов и подложек зависит от приспособлений. Приложение тепла и давления во время пайки также обеспечивается приспособлениями. Размеры приспособлений различаются в зависимости от устройства, поэтому процессы вакуумного спекания предъявляют особые требования к приспособлениям, которые суммируются следующим образом:

1) Материалами крепежа обычно являются нержавеющая сталь или армированный графит высокой чистоты для предотвращения испарения при высоких температурах в вакууме.

2) Во время обработки светильники подвергаются вакуумной термообработке для устранения остаточных напряжений и обеспечения стабильности размеров и точности позиционирования.

3) Крепления имеют регулируемую силу зажима, что позволяет эффективно уменьшить зазор между чипом и подложкой, минимизировать пустоты при припое и обеспечить качество спекания. Обычно используется эластичный зажим или зажим под собственным весом с помощью прижимных блоков.

Оборудование для вакуумного спекания

Вакуумная печь для спекания — это специализированное оборудование, используемое для вакуумного спекания и пайки силовых гибридных интегральных схем. Если взять в качестве примера вакуумную печь для спекания RVS-446 от SIMUWU, то она подходит для серийного производства в электронной промышленности. Основные компоненты включают корпус печи, нагревательный блок, мощную систему охлаждения, вакуумную систему и электрическую систему управления.

2.1 Корпус печи

Корпус печи является основной частью вакуумной печи для спекания. Он состоит из двухслойного стального цилиндра с водяной рубашкой и внутренним нагревательным элементом. Для удовлетворения требований чистоты при спекании деталей внутренняя стенка цилиндра изготовлена ​​из нержавеющей стали, а внешняя — из углеродистой стали. Корпус печи оснащен водоохлаждаемыми электродами и введенными термопарами. Дверца печи имеет стандартную эллиптическую форму со смотровым окном. Для обеспечения целостности вакуума внутри печи между корпусом и дверцей печи используются уплотнительная канавка «ласточкин хвост» и резиновое уплотнительное кольцо.

2.2 Сильная система охлаждения

Мощная система охлаждения в первую очередь предназначена для удовлетворения требований к охлаждению во время спекания/пайки. Скорость охлаждения при затвердевании припоя оказывает существенное влияние на качество спеченной поверхности соединения. Различные припои и устройства предъявляют разные требования к скорости охлаждения. Вакуумная печь для спекания оснащена механизмом охлаждения двойного назначения, в котором используется центробежный вентилятор и теплообменник для быстрого охлаждения. Атмосферой также можно управлять, чтобы обеспечить естественное охлаждение, отвечающее различным технологическим требованиям.

Качество вакуумного спекания

Рентгеновский контроль проводился на силовых чипах Ti-Ni-Ag и Ti-Ni-Au с металлическими слоями. Рентгеновские снимки показали минимальные пустоты, а эффективная площадь пайки при серийном производстве превышала 95%.

Наша компания является профессиональным производителем оборудования для вакуумного спекания. оборудование и сопутствующие товары. Благодаря передовым технологиям и опыту мы можем предоставить высококачественное оборудование для вакуумного спекания, отвечающее вашим потребностям. Будь то процесс спекания или разработка оснастки, мы можем предложить вам профессиональные решения. Наше оборудование обеспечивает надежную работу и превосходную стабильность, гарантируя качество сварки и производительность. Если вам нужны какие-либо продукты или услуги, связанные с вакуумным спеканием, мы будем рады оказать вам поддержку и сотрудничать с вами. Пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами: edith@xy-global.com , мы надеемся на сотрудничество с вами для содействия развитию электронной промышленности.