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Pressure-less Silver Sintering for RF Power Electronics, Part 2 of 4  (应用于射频功率器件的无压银烧结技术,第2篇,共4篇)

Posted by Palomar Technologies MarCom Team on Wed, Jun 03, 2020 @ 03:00 PM

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在此第二篇关于无压银烧结的日志中,我们将详细介绍在新加坡创新实验中心完成的各项研究,旨在将银作为一种有效的无铅焊料,并与黄金同样可行的替代品。在本系列的第1中,我们列举了一系列的因素,以确定银焊料在价格、物理性能和应用范围方面的优势。在这里,我们将着重介绍实际应用及其开发的细节。在设备方面,我们使用了Palomar 3880全自动装片机和武藏的高速喷射系统。实验材料采用了GaN芯片(5232.4μm x 876.3μm x 108.4263μm)、2x2英寸金片、银胶和定制的vespel吸嘴。

我们的目标是使用银胶工艺使持续性生产具备可控的,高精度的,统一焊接厚度的(BLT)或“固定高度BLT”的工艺。也就是说,在放置GaN芯片的焊接区域上用银胶烧结出一层均匀的焊层。其过程中的每一步骤都至关重要,即使是细小的偏差也会产生剥离应力,从而降低粘合强度。焊层太厚会导致电阻增加,从而对电气性能产生负面影响。另一方面,过薄的焊层往往会导致焊接产生空隙、导致粘合不足或虚焊,这些都会严重损害产品的持久性能。

更深一步的挑战则是开发最佳焊层厚度。在某种程度上,这一要求取决于粘合剂的类型。在烧结之前,我们以焊层厚度的70%作为起始数值。就实验时所用的材料而言,设定烧结前粘合厚度为50μm,烧结后粘合厚度为30μm。而这些参数是基于所使用的胶水类型由银胶供应商推荐的。在我们的应用过程中,需要将可用银胶的数量与表面之间的间隙及其焊接条件(热和压力)相匹配。通过略微加量以确保缺口被完全填满。早期的试验还发现,如果其中一个粘合物上有一个高点,胶体就会从局部溢出。

下一个关键则是补偿和控制,而补偿和控制又取决于可靠有效的计量结果。测量粘合厚度可以有多种方法,例如,测量粘合后/烧结后的芯片高 Silver_sintering_blog2 度(使用数字显微镜)和减去芯片厚度(在粘合/预烧结前测量)。高度测量也可以通过焦距变化或三维扫描来确定。无论选择何种仪器,应在不同位置测量粘合层厚度,以评估均匀性。测量的接触高度用于在后参考高度检查之前确定粘合表面的高度。其目的是通过物理测试校准和软件模拟,以便更好地掌握和进一步确保芯片烧结在封装过程的重复一致性。

最后,为了获得精确的、正确的和重复一致性的BLT,需要一个具有良好粗糙度的平整表面。虽然平整和粗糙听起来好像相互矛盾,但事实并非如此。典型的射频基板表面被设计成“粗糙”的,以确保材料能够被均匀、稳固地熔接到电路板上。这些因素中的任何变量不仅会影响测量,还会影响预测的测量高度,最终影响BLT高度本身。总的来说,这些决定了参考高度测量的精度。如上所述,我们使用了镀金板,这是一种常见的测试工具,既能满足我们的需求,又能有效地模拟典型的射频基板。

然而,我们最终发现,喷射式点胶系统单靠自身无法确保固定粘合厚度,也不能达到一致的产能和低空洞率。为此,我们开发了一个Fixed BLT的软件,用于解决这个问题。这是一个重大突破,使这个尝试取得了根本性进展和全面成功。

在下一篇日志中,我们将提供更多关于我们的Fixed BLT软件的介绍,以及喷射点胶系统的属性和优势(与其它工艺过程的对比),然后我们还会分享一些成功案例的细节和图片。

要了解有关应用于射频功率器件的无压银烧结技术的更多信息,请下载我们的技术文章:用于射频功率器件的无压银烧结技术的能源和环境生态可持续性。

阅读此日志的第1篇:应用于射频功率器件的无压银烧结技术,4篇之第1

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Translated by: Billy Wang
China Sales Manager
Palomar Technologies (SE Asia) Pte Ltd