【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件封装，尤其涉及一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺。
技术介绍
1、在电子元器件封装过程中，空洞率是一个非常重要的质量检验项目，不管使用回流焊还是波峰焊，空洞都无法避免。焊料空洞的产生主要是由于焊料中的有机物在高温下裂解，产生的气泡难以逸出，导致气体被包围在合金粉末中，从而形成空洞。焊料片的材料、焊盘表面的氧化程度、焊料的熔点、焊料的接触面积等因素都会影响空洞的形成。由于空洞会降低产品的封盖强度和气密性，还可能导致多种致命失效模式的诱发。在生产过程中，需要严格控制焊接参数，以确保焊料质量和产品可靠性；因此，如何降低焊接元器件空洞率是电子产品封装过程中的一个重要问题。
2、目前，为了降低焊接元器件空洞率，就只能不断优化烧结工艺，如烧结温度、时间、压力等，来有效地降低金锡焊料烧结元器件空洞率，提高产品质量。金锡焊料(au80sn20)已经在半导体行业应用多年，具有熔点低、强度高的物理性能，不仅保证焊接可靠性还有良好的导热性能，同时可以在气候多变且条件恶劣的情况下使用，这些特性让它在封装领域得到了广泛应用；但如何降低金锡焊料烧结元器件空洞率确一直是本领域所需要解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，不但能降低使用金锡焊料烧结元器件时的空洞率，还能提高产品质量和可靠性。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：
3、一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的
4、s1、取器件管壳、金锡焊料片和待用芯片，制备烧结结构；
5、s2、将烧结结构置于真空回流炉的腔体内，腔体内温度由室温升到t0，升温过程中并抽真空一，所述t0为50-70℃；
6、s3、腔体内温度达到t0后，保持to不变，进行腔体清洗，过程中间断充入保护性气体；
7、s4、将腔体内温度由t0升至t1，进行腔体预热，所述t1为200-250℃；
8、s5、保持腔体内温度在t1，并抽真空二50-100s；
9、s6、将腔体内温度从t1升到t2，并抽真空三，所述t2为300-350℃；
10、s7、保持腔体内温度在t2，并抽真空四，金锡焊料片充分融化，并于待用芯片的背面金属、器件管壳的导电区表面金属完成共晶反应，反应时间为40-100s。
11、进一步，所述步骤s1中，制备烧结结构步骤包括：
12、s101、选取器件管壳、金锡焊料片和待用芯片，所述器件管壳为金属陶瓷材料，所述器件管壳的中心设置导电区；
13、s102、取出金锡焊料片，将其按照比待用芯片的外轮廓大的大小进行裁剪，裁剪完毕后将金锡焊料片按压扁平，使得金锡焊料片平整且无卷翘；
14、s103、取出器件管壳，将裁剪好的金锡焊料片置于器件管壳的导电区，再将待用芯片叠放于金锡焊料片之上，使得金锡焊料片处于器件管壳的导电区正中心，待用芯片处于金锡焊料片的正中心，得到烧结结构。
15、进一步，所述真空一和真空二的真空度均为2-10mbar，所述真空三和真空四的真空度均为5-10mbar。
16、进一步，所述步骤s3中，腔体清洗的方法包括：将腔体内温度由室温升至t0，保持腔体内部温度为t0，并在t0温度下进行充第一次保护气30-40s后抽真空90-110s，再充第二次保护气30-40s后抽真空60-80s的操作，循环操作1-2次。
17、进一步，所述步骤s3的腔体清洗中，充入的第一次保护气和第二次保护气均为氮气，第一次保护气充入时流速为15-25l/min，第二次保护气充入时流速为5-10l/min。
18、进一步，所述步骤s4中，腔体内温度由t0升至t1的升温速率为110-160℃/min；所述步骤s6中，腔体内温度从t1升到t2的升温速率为30-60℃/min。
19、进一步，所述步骤s7中共晶反应完全后，将腔体内温度从t2降到t3进行冷却，所述t3为室温-70℃，温度从t2降低至t3的降温速率为30-50℃/min。
20、进一步，所述金锡焊料片按重量百分比计的化学成分为：au为80％，sn为20％。
21、进一步，所述器件管壳为smd、qfp、to254、to257、sop、dip中的一种。
22、进一步，所述步骤102和103中，器件管壳、金锡焊料片和待用芯片均存储在氮气柜中，在从氮气柜取出器件管壳、金锡焊料片和待用芯片的3h内完成所述烧结工艺。
23、本专利技术的有益效果：
24、1、本专利技术的降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺通过控制烧结过程的温度、真空度和时间，实现在金锡焊料融化之前，真空回流炉腔体内的水氧含量达到最低，在达到金锡焊料的熔点280℃左右时并抽真空，焊料融化，气泡得以排出，达到空洞率降低的目的。
25、2、本专利技术的降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺装配过程简单，可作用于多种器件种类，整个工艺操作不仅简单便捷，而且操作时间更短，可控制在一小时以内完成，提高了生产效率，成品空洞率也更为稳定。
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1.一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤S1中，制备烧结结构步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述真空一和真空二的真空度均为2-10mbar，所述真空三和真空四的真空度均为5-10mbar。
4.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤S3中，腔体清洗的方法包括：将腔体内温度由室温升至T0，保持腔体内部温度为T0，并在T0温度下进行充第一次保护气30-40s后抽真空90-110s，再充第二次保护气30-40s后抽真空60-80s的操作，循环操作1-2次。
5.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤S3的腔体清洗中，充入的第一次保护气和第二次保护气均为氮气，第一次保护气充入时流速为15-25L/min，第二次保护气充入时流速为5-10L/min。
6.根据
7.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤S7中共晶反应完全后，将腔体内温度从T2降到T3进行冷却，所述T3为室温-70℃，温度从T2降低至T3的降温速率为30-50℃/min。
8.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述金锡焊料片按重量百分比计的化学成分为：Au为80％，Sn为20％。
9.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述器件管壳为SMD、QFP、TO254、TO257、SOP、DIP中的一种。
10.根据权利要求2所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤102和103中，器件管壳、金锡焊料片和待用芯片均存储在氮气柜中，在从氮气柜取出器件管壳、金锡焊料片和待用芯片的3h内完成所述烧结工艺。
...【技术特征摘要】
1.一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤s1中，制备烧结结构步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述真空一和真空二的真空度均为2-10mbar，所述真空三和真空四的真空度均为5-10mbar。
4.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤s3中，腔体清洗的方法包括：将腔体内温度由室温升至t0，保持腔体内部温度为t0，并在t0温度下进行充第一次保护气30-40s后抽真空90-110s，再充第二次保护气30-40s后抽真空60-80s的操作，循环操作1-2次。
5.根据权利要求1所述的一种降低金锡焊料烧结元器件空洞率的烧结工艺，其特征在于：所述步骤s3的腔体清洗中，充入的第一次保护气和第二次保护气均为氮气，第一次保护气充入时流速为15-25l/min，第二次保护气充入时流速为5-10l/min。
6.根据权利要求1所述的一种降...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨剑群，龙文莲，李兴冀，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：
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