低放模塊的微組裝工藝研究

【摘 要】低放模塊朝著高頻率、高可靠性、小體積、低成本的趨勢發(fā)展，傳統(tǒng)組裝工藝已不能滿足裝配要求，微組裝技術(shù)能有效地解決這一技術(shù)難題。針對微組裝過程中的等離子清洗、真空共晶焊接、環(huán)氧粘接、金絲鍵合等幾個關(guān)鍵工序進行深入研究，獲得合理的工藝參數(shù)。

【關(guān)鍵詞】低放模塊；微組裝；工藝技術(shù)

1、引言

放模塊是把接收到的小信號轉(zhuǎn)換成具有指定功率和調(diào)制形式的大功率信號，故要求其具有低的噪聲系數(shù)和高的增益，低放模塊芯片是裸芯片，傳統(tǒng)焊接及接線方式根本無法組裝，采用微組裝技術(shù)，能有效解決低放模塊的焊接空洞、引線連接、阻抗匹配等問題。

2、低放模塊微組裝的主要工藝流程分析

根據(jù)低放模塊應(yīng)用場合不同，其微組裝過程也稍許區(qū)別，但主要的工藝流程不變，現(xiàn)根據(jù)某預(yù)研產(chǎn)品所設(shè)計的低放模塊進行組裝，工藝流程：等離子清洗→真空共晶焊接→環(huán)氧粘接→等離子清洗→金絲鍵合。

2.1等離子清洗工藝技術(shù)分析

微組裝中，等離子清洗直接影響組裝功能模塊的質(zhì)量。它可以有效清除器件和材料表面各種玷污，提高芯片粘貼質(zhì)量、增強引線鍵合強度、改善封裝質(zhì)量。根據(jù)需要采用氮氫混合氣體和氬氣作為清洗工藝氣體，等離子體能夠有效地去除芯片、印制板、電容上的玷污和氧化物。工藝參數(shù)如表1。

2.2真空共晶焊接工藝技術(shù)分析

低放模塊共晶焊接時，若焊接面有過多的空洞，可能引起接地不良使熱阻增加，燒壞芯片。傳統(tǒng)的鑷子共晶焊接是開放式焊接，焊接溫度很難保證，空氣中的氧氣和水分也會影響焊接效果，很難實現(xiàn)無空洞或者低空洞率的共晶焊接。因此我們采用真空共晶焊接技術(shù)進行功率芯片的焊接。真空共晶焊接是在真空環(huán)境中進行的軟釬焊，在工作腔體中充入適當?shù)墓に嚉怏w，以提高焊接質(zhì)量。

2.2.1真空共晶焊接焊料選擇

真空共晶焊接應(yīng)據(jù)焊接器件選擇焊料。由于低放模塊芯片鍍金，選擇金錫焊料見表2。為了使熱阻更低，選Au80Sn，要求焊料表面清潔平整，無氣泡和起皮等缺陷，兩邊和兩端無破裂及卷邊。

2.2.2真空共晶焊接溫度曲線的確定

真空共晶焊接溫度曲線是決定低放模塊焊接質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，包括溫度均勻性和升降溫速率。通常情況下，溫度高的地方優(yōu)先被焊料浸潤和鋪展，這要求焊接處溫度均勻。溫區(qū)設(shè)置見表3。

2.3環(huán)氧粘接技術(shù)

環(huán)氧樹脂種類繁多，其中摻銀環(huán)氧粘貼法是當前最流行的芯片粘貼方法之一，摻銀環(huán)氧通常叫銀漿，固化溫度低。低放模塊微組裝過程中，環(huán)氧粘接用于電容、印制板和基板之間的連接，電容和基板之間通過環(huán)氧貼片機粘接，印制板和基板采用手工粘接。粘接完成后，必須將低放模塊組件放入烘箱中烘干，使銀漿固化，保證粘接的質(zhì)量和可靠性，烘干溫度和時間見表4。

2.4金絲鍵合工藝技術(shù)分析

2.4.1金絲鍵合溫度

鍵合工藝對溫度有較高的控制要求，溫度過高會產(chǎn)生過多的氧化物，影響鍵合質(zhì)量；溫度過低又不能使焊點處的金屬流動性達到焊接要求。正確的加熱方式可以增加焊點處的金屬流動性，為焊接面提供較好的接觸交界面和金屬結(jié)構(gòu)，有利于焊點的快速鍵合，提高焊點的鍵合強度。

2.4.2金絲鍵合時間

通常的鍵合時間都在毫秒級。一般來說，鍵合時間越長，鍵合點的直徑就越大，界面強度增加而頸部強度降低。但過長的時間，會使鍵合點尺寸過大，超出焊盤邊界并且導(dǎo)致空洞生成概率增大，使焊點機械強度減弱，重者會破壞焊點，因此合適的鍵合時間顯得尤為重要。

2.4.3超聲功率與鍵合壓力

超聲功率對鍵合質(zhì)量和外觀影響最大，因為它對鍵合處的變形起主導(dǎo)作用。過小的功率會導(dǎo)致鍵合處過窄、未成形的鍵合或尾絲翹起；過大的功率導(dǎo)致根部斷裂、鍵合塌陷或焊盤破裂。超聲波的水平振動是導(dǎo)致焊盤破裂的最大原因。壓力是超聲熱壓鍵合的必要條件。施加壓力是為了使引線與電極金屬化層緊密地接觸。壓力太小，劈刀不能牢固地壓住引線，超聲功率不能傳遞到引線與電極金屬化層的交界面，不能使引線與電極金屬化層產(chǎn)生相對摩擦。壓力過大，引線的變形增大，會切斷引線或破壞電極金屬化層，導(dǎo)致焊接不可靠。

根據(jù)低放模塊鍵合界面（放大芯片、電容、印制板）的特點，經(jīng)過工藝試驗，對低放模塊金絲鍵合工藝參數(shù)進行不斷的優(yōu)化，確定了工藝參數(shù)（見表5），經(jīng)專用的拉力測試儀進行檢測，其鍵合強度符合《GJB548A-96微電子器件試驗方法和程序》的要求。

3、工藝試驗情況

低放模塊組裝工藝過程采用以上工藝參數(shù)進行微組裝后，用噪聲系數(shù)分析儀進行測試，其噪聲系數(shù)為3dB，增益為24dB，滿足設(shè)計技術(shù)指標要求。

4、結(jié)束語

根據(jù)低放模塊微組裝的實際情況，對微組裝中等離子清洗、真空共晶焊接、環(huán)氧粘接及金絲鍵合工藝過程進行深入分析，并結(jié)合工藝試驗確定了相關(guān)工藝參數(shù)，為低放模塊的微組裝提供了有力的工藝支持。