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大面积高功率半导体器件贴片过程中的空隙尺寸工艺控制

2023-12-22

为了充分发挥砷化镓和氮化镓器件功率密度提高的潜力，我们开发了一种高产出的无空隙制造工艺，在共晶焊接过程中将空隙尺寸限制在 0.15 毫米以下。晶片和热扩散器之间的空隙会严重限制热传导。砷化镓芯片可处理 1.0 瓦/毫米的功率密度，而新型氮化镓器件则可将这一功率密度提高到 5.0 瓦/毫米或更高。使用 Au-20Sn 预型件将大面积砷化镓或氮化镓裸片连接到热扩散器的传统装配方法，由于功率 FET 和接合垫下的空隙很大，因此产量通常很低。热模拟显示，功率 FET 下方大于 0.15mm 的空隙会严重降低性能，在某些情况下甚至会导致灾难性的器件故障。如果不对空隙大小进行工艺控制，装配良率就会大打折扣。如果使用真空回流焊设备，并在焊料从固态转变为液态后采用降低腔室压力的技术，则可大大改善空洞控制。空隙尺寸膨胀会受到空隙膨胀滑移（VES）因子的抑制，从而产生较小的空隙，并在焊接工艺完成时允许较大的压缩比。在真空回流焊工艺中加入这种技术，可使大型芯片的无空洞焊接率超过 98%。

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