共晶焊接是目前微电子封装中可靠性较高的焊接工艺。共晶焊接的工作原理以及如何选择共晶焊料以及常用共晶焊料的性能特点，对比了几种共晶焊接设备的优缺点，得出结论，在真空环境下使用真空可控气氛共晶炉完成共晶焊接，可以有效防止共晶焊接过程中氧化物的产生，大大降低空洞率，从而提高焊接质量。也适用于多芯片组件的共晶。讨论了真空环境中影响共晶焊接质量的真空度、保护氛围、焊接过程中的温度曲线、焊接过程中的压力等条件。
一，共晶焊接原理
共晶焊接又称低熔点合金焊接，是指共晶焊料在相对较低的温度下熔合的现象，在不经过塑性阶段的情况下，直接从固体变成液体。共晶焊料是由两种或两种以上金属组成的合金，其熔点远低于合金中任何一种金属的熔点。共晶焊料的熔化温度称为共晶温度。共晶焊料中合金成分的比例不同，共晶温度也不同。例如，Sn-Pb是过去广泛应用于电子设备和电子元器件的组装和连接中的共晶焊料。
二，共晶焊料的选择
焊料选片j是共晶焊接的关键因素。不同材料的芯片、涂层厚度不同，焊接材料的选择标准也不同。例如si芯片背面的Au只是蒸一层薄层，但是0。．1“m～0．2 p m，如果使用AuSn焊料，芯片卜镀的金就会被“吃掉”。因此，如何选择焊料至关重要。焊接材料中的合金比例不同，其共晶温度也不同。因为不良保护要求I：T越来越严格，含铅焊料的应用越来越受到限制，近年来人们积极开发各种无铅焊料。选用无铅焊料的原则是：熔点尽可能低，结合强度高，化学稳定性强。以下是一些常用无铅焊料的特性简要介绍：Sn13．5Ag：它是许多无铅焊料的基础，溶点221℃(Sn—Pb焊料熔点为183℃)，液态下表面张力大，润湿性差，强度高，抗蠕变能力强。Sn一3．8Ag一0．7Cu：熔点217。C，Cu的引入不仅降低了熔点，而且显著提高了润湿性能。245℃即具有良好的润湿性能。sn一3．4Ag．4．8Bi：熔点200。C-216。C，润湿性能[敏感词]，表面最亮，耐热疲劳和抗蠕变性能．Ag．Cu焊料相当，强度优异。—Pb。但是这种合金对铅极其敏感，极少量的铅也会使j乓熔点降至96。C，如果电路板暴露在100℃以上的温度，焊点就会脱落。Au．20Sn：熔点280 6C，金锡合金与镀金层成分接近，因此通过扩散对非常薄的镀层的浸润程度非常低。液态金锡合金粘度低，可填充大缝隙。此外，这种比例的焊料还具有高耐腐蚀性、高抗蠕变性和良好的导热性和导电性。缺点是价格昂贵，性能脆，延伸率低，不易加工。在某些特殊场合，需要良好的机械和导热性能才能获得高可靠性。Sn一52In：熔点1 18 6C，因为In的引入降低了锡合金的液相线和阎相线，也就是降低了熔点。该产品具有良好的焊接性能，特别是在真空环境或甲酸气体保护环境下，属于低温焊料。但其耐热性、延展性、合金变脆性、加工性等方面仍存在缺陷，因此仅适用于特殊工艺焊接。Sn一9Zn：熔点198℃。Sn—在Snn中，Zn是一种焊接材料。．Pb共晶焊料最接近熔点，其机械性能良好，价格低廉。但是Zn是一种反应性很强的金属，容易氧化导致浸润性变差。Sn—在焊料钎焊系统中，Zn的保存能力较差，长时间放置会导致结合强度降低等诸多问题。尤其对l来说高温放置50℃极为敏感。
三，共晶焊接设备的选择
有许多设备可以实现共晶焊接，例如真空HJ．气氛控制共晶炉、镊子共晶机、红外冉流焊炉、箱式炉等。镊子共晶机在共晶焊接过程中，在加热台周围充氮作为保护气氛，在共晶焊料熔化过程中，焊料表面形成的氧化膜通过镊子摩擦或超声波损坏，从而减少共晶过程中产生的空洞。虽然在共晶过程中用氮气作为保护气氛，但毕竟暴露在大气环境中。如果共享时间没有很好的掌握，氧化膜会很快形成，共享后会产生空洞。同时，当镊子被困时，很容易使用比现在的炉子或使用更多的芯片。对于多芯片。共晶机
四，是影响真空环境下共晶焊接的因素
真空度及共晶焊接的保护气氛
影响共产品焊接质量的一个重要因素是真空度和保护气氛。在共晶焊接过程中，如果真空度过低，焊接完成后，焊接区域周围的气体和焊料以及焊接器件时释放的气体很容易形成空洞，从而增加器件的热阻，降低器件的可靠性，扩大IC断裂的可能性。但若真空度过高，在加热过程中传导介质减少，容易产生共晶焊料达到熔点但尚未熔化的现象。普通共晶焊接的真空度为5Pa～1 OPa，但是对某些内部需要真空度的设备而言，对真空度的要求往往较高，一般为5。×10也Pa～5×十刁Pa，甚至更高。保护性气氛分为氮气保护焊和甲酸气氛保护焊。对体积较大、对焊接空洞要求较低的设备，可采用氮气保护焊接。与红外线再流焊炉或箱式炉相比，真空炉可先抽真空再充氮，循环几次后，能使真空室保持较高的氮浓度。甲酸一般用于保护气氛，通过流量控制，控制进气量，同时控制抽气速度，使真空度保持在2000Pa，在高温下能有效还原氧化物。设置共晶焊时温度曲线。
温度曲线的设置也是影响共晶焊接的重要因素。在共晶焊接过程中，温度曲线一般包括加热曲线和保温曲线。加热曲线和保温曲线可以根据产品特点设置为一段或多段。温度曲线的设置包括加热曲线的加热温度和加热时间；保温曲线的保温温度和保温时间。