光电器件倒装封装

一个不断增长的需求,包括光学器件,如激光器和微电子组件的高亮度 LED 对制造商提出了新的挑战。 Finetech 设备专注于解决那些需要最高贴装精度,精确的键合温度,可控制的压力变化的挑战。

连接到其他线路板元件上的光学元件的保养以及校准的位置将对组装后成品的产品生命周期起到决定性的作用(包括最佳的产品表现以及达到最高的可信度)。原始贴装元件的准确度以及线路元件灵敏度的结合取决于设备的性能以及可控制度,保持产品生命周期的准确性取决于组装原材料质量的优劣。

在倒装芯片的高密度组装中,使用焊料是一种比较流行的做法,AuSn 金锡焊料预植一直以来被用于无助焊剂的管壳封装、芯片贴装和热沉贴装。

现在 AuSn 焊料已经成为用于倒装芯片的精密光学芯片粘接材料的选择。金锡有很多优点在这个应用中


AuSn 焊料的优点

无需助焊剂

不同于普通的焊料,Au/Sn 不需要助焊剂来清除表面的氧化层,省去助焊剂及助焊剂清除的步骤可以缩短组装工艺流程这也避免因清除助焊剂残留而导致的对光学组件的污染。

硬度

一旦熔化形成金锡合金,随着时间的推移也不会有形变、软化的产生。

浸润性

金锡材料可以与焊点形成强度高、均匀性好、无空洞的连接,而这恰恰是一些新型无铅材料的缺点。

抗腐蚀性

Au/Sn 材料的抗腐蚀性较好,不需要额外的措施来辅助。

优异的热性能

Au/Sn 高的导热率可以迅速将热量带走而不产生额外的压力,这在高密度封装中是一个重要问题。

高的电导率

Au 高的电导率为大功率器件提供了低电阻连接。

长期稳定性

当沉积在Ni,Pd 或 Pt 上时,金属间化合物的生长速率较低。

无铅验证

在无铅要求产生的一大批不知名的无铅焊料之前,AuSn 器件封装已经使用了数十年。


金锡规则

惰性气体保护

在金锡焊接过程中,使用惰性气体保护无需使用助焊剂也可以去除元件表面的氧化层。


Au-Sn 凸点

金锡分析相图


图 1 为简化的 AuSn 相图,显示了在 278℃ 的共晶温度下,包含质量分数 80% 的 Au 以及质量分数为 20% 的 Sn。图 1 同样说明在共晶比例之上,随着 Au 含量的增加,熔点快速增加。

例如经实验,1% 的 Au 成分的增加,熔点会提高 30℃,这是 Au80-Sn20 bumping 的材料特性。一个成熟的凸点形成方法是电镀一层厚的金层,再以一层薄的锡层覆盖,两者的比例要控制的合理。凸点回流得到共晶成分。

别的凸点形成方法包括在正确的比例黄金和锡层交替连续蒸发,回流具有合适组分的预成型锡球,印刷或喷射 AuSn 焊料膏,或采用单一的成分可控的金锡合金溶液进行电镀。


光电器件组装工艺

光电器件组装要求是对准位置、贴装位置、键合温度、压力和时间的控制都有极高地精度控制能力,一台优秀的设备必须要有自动控制这一切的能力。下面的视频验证了仅使用一台设备可完成激光巴条封装的应用。


微组装范例

激光巴条封装 (金锡共晶工艺) - Finetech 芯片键合机


视频显示的是激光巴条的对准、贴片、焊接过程,包含精度验证 (1µm 以内)。


结论

和别的焊料相较而言,金锡共晶焊料具有很多优点,所以更适合使用在封装光电器件上,同时也需要和设备的能力和工艺工程紧密地结合在一起。一台全自动设备可以做到贴装精度 1µm 左右。


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