在真空焊接設備上實現低空隙率焊接

    結合大功率MMIC芯片通常有兩種方法，兩步法和一步法。

    兩步法指的是連載三的介紹。首先，焊料塊在基板上熔化，然后用夾子夾住MMIC芯片并壓下。同時，通過一定振幅、、一定方向、的摩擦，將熔融焊料表層的氧化膜和氣體擠出一定次數，最終完成MMIC芯片的鍵合。

    兩步法通常采用手動控制，包括手動鑷子和手動共晶機設備，一次只能焊接一個MMIC芯片。優點是可以觀察到、來控制焊接過程，缺點是經驗特別重要，需要較高的操作技能。而且兩個以上的MMIC芯片焊接時，要多次熔化，焊接時間長，影響產品的可靠性。目前，對于多芯片，使用手動鑷子或手動共晶機逐個焊接功率芯片時，在焊接時間的控制上很難掌握、的對準精度(50um以內)，對大功率MMIC芯片的電氣性能和可靠性會有很大影響，芯片的穿透率也很難控制。

    一步法是預裝基板、焊盤、芯片，加熱焊接。一步法通常由焊接設備(爐)完成，如真空爐、燃氫爐、氣體保護隧道爐等。一步法可以同時焊接多個芯片，便于控制焊接過程，人為因素少。缺點是夾具設計要合理，特別是GaAs芯片容易被壓碎，而且缺少將芯片壓入破損氧化膜的工藝，因此焊接前的預處理和清洗工藝尤為重要。

具體解決方法如下：提高金錫焊料在焊接過程中的潤濕性，使其能夠快速潤濕和鋪展焊接表面；使功率芯片的鉬銅載體保持低粗糙度(有利于滲透和擴散)；在功率芯片的焊接過程中，采用氮氣保護，減少焊料的高溫氧化；并設計高精度夾具(方案一)對功率芯片進行定位，保證芯片對準精度；采用專用真空爐焊接設備，確保低空隙率焊接(方案二)。

    方案一：我們可以利用現有的真空燒結爐定制金錫焊料片(可以保證尺寸[敏感詞]的、和抗氧化和真空封裝性好的、的平整度)，在燒結過程中利用精密制作的壓制夾具(可以將倒裝工藝的金凸點技術引入夾具中)對芯片施加壓力，使金錫焊料可以擴散潤濕而不損傷芯片表面。其定位由精密設計的夾具保證。壓具與芯片表面采用多點接觸(非表面接觸)。點接觸區域必須是芯片上沒有導體層的部分。壓制夾具上的凸點位置根據芯片的圖形情況設計形成，導體采用薄膜工藝生產。接觸點可以通過倒裝芯片技術中的金凸點工藝實現，其高度在50-100 m的數量級，不會損壞芯片表面的氣橋等敏感部件。壓塊的重量取決于芯片的尺寸測試，以及壓塊的結構、材料(陶瓷基板、 kovar、鉬銅等。)需要進行篩選和設計。這種壓制夾具的思路具有創新性，設計制造涉及的各個方面都比較困難，需要薄膜工藝、金凸點制造工藝等相關知識。

    方案二：專用設備——專用真空爐焊接設備是為了保證低空隙率焊接，即將芯片用設計加工好的精密石墨夾具夾住，然后放入爐中，先抽真空，排出芯片等部位的氣體，再通過數控充入一定量的高純氮氣，然后加熱，再抽出氣體。當加熱溫度達到金錫焊料熔化時，數控快速充入高壓氮氣，使芯片在壓力下更好地潤濕和擴散焊料。這樣，定位精度完全由夾具設計保證，穿透率由上述氣動數控工藝保證，可實現多芯片、的高可靠性(低空隙率)高效焊接。