一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，包括如下步驟：(1)將待釬焊的芯片背面采用濺射Au工藝，進行背面金屬化；(2)將待釬焊的芯片安裝在集成電路封裝外殼的待釬焊鍍金裝片區(qū)，并在待釬焊的芯片與待釬焊鍍金裝片區(qū)之間放入釬料；(3)將待焊接試樣放置在釬焊設(shè)備中按照特殊設(shè)計的工藝條件進行釬焊，本發(fā)明在釬焊過程中通過溫度曲線優(yōu)化結(jié)合真空度控制，用氣壓差來替代壓塊負載，并對溫度區(qū)間、升溫速率、保溫時間以及真空度進行了優(yōu)化設(shè)計，確定了最佳的工藝條件，避免了傳統(tǒng)方法中采用負載對芯片的損傷問題，降低釬焊空洞率，顯著提高了釬焊成品率和釬焊質(zhì)量。
【專利說明】一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體陶瓷封裝工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，集成電路封裝中，采用釬焊裝片的芯片尺寸通常小于IOmmXIOmm,釬焊裝片過程中需要借助壓塊等負載提供芯片向下的力，使芯片、焊片和外殼基板接觸的更加緊密，這就不可避免壓塊與芯片表面接觸，無論是“點”接觸還是“面”接觸，都對芯片表面的清潔度提出了很高要求，然而芯片表面微小的硅粉和硅渣都會在壓塊的作用下導(dǎo)致芯片硌傷，而且壓塊在重復(fù)使用后表面容易沾污，并且會造成裝片內(nèi)部較大空洞率，嚴重影響釬焊裝片成品率，并且對于芯片要求過于苛刻，導(dǎo)致一些極其容易硌傷的芯片無法進行釬焊裝片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，避免了傳統(tǒng)方法中采用負載對芯片的損傷問題，降低釬焊空洞率，顯著提高了釬焊質(zhì)量。
[0004]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0005]一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，包括如下步驟:
[0006]步驟(一)、將待釬焊的芯片背面采用濺射Au工藝，進行背面金屬化；
[0007]步驟(二)、將步驟(一)得到的待釬焊的芯片安裝在集成電路封裝外殼的待釬焊鍍金裝片區(qū)，并在所述待釬焊的芯片與所述待釬焊鍍金裝片區(qū)之間放入釬料；
[0008]步驟(三)、將步驟(二)得到的待焊接試樣放置在釬焊設(shè)備中進行釬焊，具體過程如下:
[0009](I)、從室溫升溫至175?185°C，升溫速率為I?L 5°C /s，保溫4?5分鐘；
[0010](2)、繼續(xù)升溫至215?225°C，升溫速率為I?1.5°C /s，抽真空，使釬焊設(shè)備中的真空度降低至〈0.0Olmbar ；
[0011](3)、繼續(xù)升溫至275?285°C，升溫速率為I?1.5°C /s，并使釬焊設(shè)備中真空度升至 0.45 ?0.55mbar ；
[0012](4)、繼續(xù)升溫至315?325°C，升溫速率為I?1.5°C /s，并使釬焊設(shè)備中真空度保持在0.45?0.55mbar,保溫2?3分鐘；
[0013](5)、降溫至255?265°C，降溫速率為1.8?2.2V /s,并使釬焊設(shè)備中真空度保持在0.45?0.55mbar，之后再降溫至室溫，降溫速率為3?4°C /s，完成釬焊。
[0014]在上述無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法中，步驟(二)中的釬料為Au80Sn20 或 Pb92.5Sn2.5Ag5。
[0015]在上述無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法中，待釬焊的芯片尺寸為ImmX Imm ?10mmX 10mnin[0016]在上述無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法中，步驟(三)的(3)中充入氮氣使釬焊設(shè)備中真空度升至0.45~0.55mbar。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0018](I)、本發(fā)明針對目前釬焊裝片中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，設(shè)計了一種全新的釬焊方法，通過溫度曲線優(yōu)化結(jié)合真空度控制，用氣壓差來替代壓塊負載，避免了壓塊對芯片表面帶來的損傷，在避免芯片硌傷的同時，顯著提高了釬焊質(zhì)量，降低芯片釬焊空洞率；
[0019](2)、本發(fā)明在釬焊過程中通過控制真空度來代替負載進行釬焊裝片，并對真空度進行了優(yōu)選，在釬焊溫度達到215-225?時，真空度降低至〈0.0Olmbar，通過抽真空過程將待釬焊芯片、釬料與外殼裝片區(qū)間的氣體隔膜抽空，使待釬焊芯片、釬料與外殼裝片區(qū)緊密吸附到一起；當釬焊溫度達到275~285°C時，通過充入氮氣使釬焊設(shè)備中的真空度升至0.45~0.55mbar，使真空設(shè)備與待釬焊芯片、釬料及外殼裝片區(qū)間的真空度產(chǎn)生壓力差，通 過壓力差給待釬焊芯片提供一個合適的壓力，并且通過抽真空的方式將待釬焊芯片、釬料及外殼裝片區(qū)間的氣泡抽空排出，降低芯片釬焊空洞率；
[0020](3)、本發(fā)明通過大量試驗對釬焊過程中溫度區(qū)間、升溫速率、保溫時間以及真空度進行了優(yōu)化設(shè)計，確定了最佳的工藝條件，進一步提高了釬焊質(zhì)量和成品率，以及釬焊效率，并且試驗表明，該設(shè)計的釬焊質(zhì)量遠遠由于傳統(tǒng)工藝方法，并且成品率從60%提高到99 %以上，具有較強的實用性和較好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1中釬焊裝片溫度曲線示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1中5mmX 5mm芯片釬焊裝片X射線圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例2中釬焊裝片溫度曲線示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例2中5mmX 5mm芯片釬焊裝片X射線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0026]實施例1
[0027]步驟(一)、釬料選擇
[0028]待釬焊芯片尺寸分別為1_X lmm、5_X 5mm、10_X IOmm,選用Au80Sn20釬料。
[0029]步驟(二)、芯片背面金屬化
[0030]待釬焊芯片背面采用濺射Au工藝，進行背面金屬化。
[0031]步驟(三)、裝片
[0032]將待釬焊的芯片安裝在集成電路封裝外殼的待釬焊鍍金裝片區(qū)，并在待釬焊的芯片與待釬焊鍍金裝片區(qū)之間放入Au80Sn20釬料；
[0033]步驟(四)、將待焊接試樣放置在真空釬焊設(shè)備中進行釬焊，具體過程如下:
[0034](I)、從室溫(一般為15~30°C)升溫至180°C，升溫速率為l°C/s，保溫4分鐘；
[0035](2)、繼續(xù)升溫至220°C，升溫速率為TC /S，抽真空，使釬焊設(shè)備中的真空度降低至〈0.0Olmbar ；
[0036](3)、繼續(xù)升溫至280°C，升溫速率為1°C /s，使釬焊設(shè)備中真空度升至0.5mbar ；[0037](4)、繼續(xù)升溫至320°C，升溫速率為1°C /S，釬焊設(shè)備中真空度保持在0.5mbar，保溫2分鐘；
[0038](5)、降溫至260°C，降溫速率為2V /s，釬焊設(shè)備中真空度保持在0.5mbar，之后再降溫至室溫，降溫速率為3°C /s，完成釬焊。
[0039]如圖1所示為本發(fā)明實施例1中釬焊裝片溫度曲線示意圖，如圖2所示為本發(fā)明實施例1中5mmX 5mm芯片釬焊裝片X射線圖，本實施例得到的釬焊試樣的成品率為100%，空洞率小于5%，剪切強度數(shù)據(jù)如下表1所示:
[0040]表1為芯片釬焊剪切強度數(shù)據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟(一)、將待釬焊的芯片背面采用濺射Au工藝，進行背面金屬化； 步驟(二)、將步驟(一)得到的待釬焊的芯片安裝在集成電路封裝外殼的待釬焊鍍金裝片區(qū)，并在所述待釬焊的芯片與所述待釬焊鍍金裝片區(qū)之間放入釬料； 步驟(三)、將步驟(二)得到的待焊接試樣放置在釬焊設(shè)備中進行釬焊，具體過程如下: (1)、從室溫升溫至175?185°C，升溫速率為I?1.5°C /s，保溫4?5分鐘； (2)、繼續(xù)升溫至215?225°C，升溫速率為I?1.5°C /s，抽真空，使釬焊設(shè)備中的真空度降低至〈0.0Olmbar ； (3)、繼續(xù)升溫至275?285°C，升溫速率為I?1.5°C /s，并使釬焊設(shè)備中真空度升至0.45 ?0.55mbar ； (4)、繼續(xù)升溫至315?325°C，升溫速率為I?1.5°C /s，并使釬焊設(shè)備中真空度保持在0.45?0.55mbar,保溫2?3分鐘； (5)、降溫至255?265°C，降溫速率為1.8?2.2V /s,并使釬焊設(shè)備中真空度保持在0.45?0.55mbar,之后再降溫至室溫，降溫速率為3?4°C /s,完成釬焊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，其特征在于:所述步驟(二 )中的釬料為Au80Sn20或Pb92.5Sn2.5Ag5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，其特征在于:所述待釬焊的芯片尺寸為1_X Imm?10_X 10_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無需負載低空洞率的真空釬焊裝片工藝方法，其特征在于:所述步驟(三)的(3)中充入氮氣使釬焊設(shè)備中真空度升至0.45?0.55mbar。
【文檔編號】B23K1/00GK104002003SQ201410256784
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】馮小成, 荊林曉, 練濱浩, 曹玉生, 賀晉春, 陳憲榮, 陳建安, 姚全斌 申請人:北京時代民芯科技有限公司, 北京微電子技術(shù)研究所