Hợp kim hàn eutectic vàng-thiếc (AuSn20, tức 80% vàng và 20% thiếc theo trọng lượng) được sử dụng trong nhiều ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao và mối hàn có điểm nóng chảy cao. Điều này bao gồm việc gắn chip và thậm chí gắn nắp cho các gói gốm kín khí. Khi được sử dụng làm hợp kim hàn gắn chip cho các thiết bị LED hoặc GaN tần số vô tuyến (RF), hiện tượng rỗng khí trở thành vấn đề quan trọng. Trong các ứng dụng này, chip phải có khả năng dẫn dòng điện rất lớn (với mật độ dòng điện rất cao do diện tích chip nhỏ), nhưng để đạt được tuổi thọ và hiệu suất tối đa của thiết bị, chúng phải được duy trì ở nhiệt độ thấp nhất có thể. Điều này chỉ khả thi nếu năng lượng nhiệt tại bề mặt chip có thể được tản đi hiệu quả (giảm thiểu Tj), có nghĩa là sự truyền nhiệt giữa chip và khung dẫn (hoặc đế gắn) phải được tối đa hóa. Có ba phương pháp phổ biến để đạt được điều này:
- Tăng độ dẫn nhiệt ( K) của vật liệu gắn chip
- Giảm độ dày đường hàn (BLT) giữa chip và khung dẫn
- Giảm thiểu việc đi tiểu
Lưu ý rằng thường có sự đánh đổi giữa các giá trị 2 và 3, bởi vì việc giảm thiểu BLT có thể làm tăng hiện tượng rỗng; do đó, trên thực tế, giá trị tối thiểu khoảng 10 micron (0,4 mil) thường được sử dụng nhất. Một giá trị BLT nhỏ hơn cũng có tác động, thường bị bỏ qua, là làm cho sự đóng góp của các bề mặt hàn được mạ vàng trên cả die và submount trở nên đáng kể, từ đó làm lệch hợp kim khỏi điểm eutectic lý tưởng. Các chi tiết của sơ đồ pha vàng-thiếc (như được hiển thị bên dưới) minh họa các tác động chính lên đường lỏng (và có thể cả đường rắn) của hợp kim khi hàm lượng vàng thay đổi. Khi đường lỏng tăng lên, xu hướng của hợp kim “đóng băng” các lỗ rỗng cũng tăng theo; nghĩa là, thay vì các lỗ rỗng có thể co lại khi áp suất bên trong giảm và đạt đến kích thước tối thiểu tự nhiên khi chất hàn đông đặc tại điểm eutectic, chúng lại bị kẹt lại trong hợp kim đang đông đặc với kích thước lớn hơn.
Cách rõ ràng nhất để duy trì tỷ lệ khối lượng giữa thiếc (Sn) và vàng (Au) ở mức 1:4 là giảm thiểu lượng vàng trên các lớp kim loại hóa, hoặc điều chỉnh hàm lượng thiếc trong chất hàn được sử dụng, sao cho đạt được điểm eutectic trong mối hàn cuối cùng.
Một cách để xem xét vấn đề này là so sánh tỷ lệ tổng lượng vàng trong các lớp mạ kim loại với độ dày của lớp hàn. Nếu lớp hàn là một phôi có tỷ lệ diện tích 1:1 so với các bề mặt cần nối, thì đó chính là độ dày của phôi (xem bên dưới). Đây chính là “Tỷ lệ lớp vàng”.
Với phương pháp này, Tỷ lệ Lớp Vàng có thể được sử dụng để giúp bạn lựa chọn hợp kim vàng-thiếc “ngoài eutectic” tối ưu nhất, nhằm giảm thiểu sự hình thành lỗ rỗng trong các mối hàn eutectic vàng-thiếc, bằng cách lấy mật độ của hợp kim và kim loại làm cơ sở để xây dựng một mô hình đơn giản về quá trình hình thành mối hàn, như được trình bày dưới đây.
Ví dụ, nếu bạn có một lớp vàng dày 0,2 micron (200 nm) phủ lên trên lớp niken/vonfram làm lớp kim loại hóa trên chip, và một lớp vàng dày 0,4 mm (400 nm) phủ lên trên lớp niken làm lớp kim loại hóa trên chất nền, cùng với một phôi vàng/thiếc dày 15 micron, thì tỷ lệ vàng là 0,04. Điều này cho thấy rằng một phôi được chế tạo theo tỷ lệ Au79Sn21 (ngoài điểm eutectic) sẽ là lựa chọn tốt nhất để giảm thiểu sự hình thành lỗ rỗng.
Các hợp kim này, thường có hàm lượng vàng tăng theo từng mức 1,0% (AuSn21, AuSn22), được cung cấp dưới dạng phôi, dây, hạt cầu và bột hàn, và tất nhiên, có giá thành thấp hơn một chút so với các hợp kim AuSn20 tiêu chuẩn do hàm lượng vàng thấp hơn.
Xin vui lòng cho chúng tôi biết chúng tôi có thể hỗ trợ quý khách như thế nào để đáp ứng các nhu cầu hàn của quý khách!
Chúc vui vẻ!
Anh Andy
