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技术 | Technology – GaAs 和 GaN 组件

过程中的裸片布局和固定。较厚的结合层可能有 工艺中，焊线或焊带由压力、热和超声能量形成。
助于减轻裸片 CTE 与基板的 CTE 之间的不匹配， 热量通过焊接阶段提供，简单来说，就是在一个
尤其是 GaN 裸片（能够处理较高不匹配性），但 温控板上放置模块 / 组件，焊接工具的移动向焊
却会导致可能无法接受的热阻提高问题。较厚的 线或焊带施加压力，而超声能量则通过焊接工具
结合层可能并不会对低功耗器件（LNA、控制元 从换能器传输至结合层。这与更古老的热压缩技
件等）造成大问题。 术（结合层主要是通过热量、压力和时间形成）
尽管采用了有机贴装法，基板与 GaAs/GaN 形成强烈对比。
器件的热膨胀系数（CTE）匹配问题仍令人担忧。 在热超声焊接工艺中，焊接阶段的温度通常
在不匹配的情况下，由于有机物能够吸收压力， 保持在 150℃左右 ；建议最高阶段温度为 200℃，
所以可能不会出现初期失效。相反，在环境变化 以最小化器件损毁。压力或力、结合时间、超声
后，当有机粘合剂发生变化时，例如由于聚合物 功率、环路配置以及结合位置都是自动焊接设备
链的额外交联聚合作用而出现硬化，促进不匹配 中的程序化参数。力、时间和超声功率对被焊器
基板的应力传递，可能会出现失效。至于 AuSn 件的可靠性至关重要。
焊接，GaAs/GaN 贴装基板的首选 CTE 范围为 6–10 大多数互连都是通过使用球焊线形成。焊线
ppm/℃。此外，SiC 基 GaN 可承受的 CTE 不匹 一端由球焊实现电路连接，另一端使用楔形焊接
配性更多一点，但是由于适用于 GaAs 器件 CET 或缝合的方式连接。在某些情况下，使用楔形焊
的的材料很常见，GaAs 的 CTE 值应同样适用于 接（两端带楔形的焊线，而不是一端带球形的焊
GaN 器件。 线）和带式焊接（使用矩形金丝带，而不是圆柱
环氧树脂在 100℃至 200℃的温度下固化， 形焊线）。通常，楔形和带式焊接用于毫米波应用
减少了 AuSn 焊接所需高温带来的影响。固化工 等必须将引线电感保持在最低限度的情况，可通
艺应在对流烤箱内进行，且该烤箱应配备用于在 过降低球焊所需的环路高度实现 ；或用于满足较
固化过程中排放稀释剂和溶剂的排放装置。采纳 高的电流要求，在这种情况下可使用少量带式焊
环氧树脂制造商的点胶和固化建议，确保最佳裸 接替代大量球焊。电气性能的需求要求在所需焊
片贴装效果。微波或辐射固化技术可能会导致组 线数量和执行焊接操作所需时间中取得平衡。自
件加热不均。这可能会因黑体过度加热而导致 动球焊往往比楔形焊接或带式焊接更快，并且如
GaAs 器件失效，在这种情况下器件升温快于周围 果需要同时使用线焊和带式焊接，还需要时间更
元件，并且会吸收产生的所有热能。 换工具。
上述材料准备 / 清洁以及无空洞裸片贴装注 使用 0.001 英寸（25 微米）金制焊线的球焊
意事项和确定的相关信息适用于使用环氧树脂和 或楔形焊接的最小接合焊盘尺寸为 0.004 英寸×0.004
焊料的裸片贴装工艺。 英寸（100 微米×100 微米）。由于焊盘尺寸限制，
粘合剂贴装组件注意事项 ： 小 型分立式 FET 器件通常使用 0.0007 英寸
• 有机贴装可用于低功率应用，还可用于对环氧 （18 微米）焊线进行楔形焊接。带式焊接通常使用
树脂、基板材料 CTE、结合层厚度、功耗以 0.001×0.003 英寸焊带，也可以使用其他尺寸。
及待贴装元件的热通量进行了审慎选择、考虑 由于 GaAs 和 GaN 器件目前都配备了镀金焊
了系统运行环境的一些大功率应用 ； 盘，所以只能使用金制焊线或焊带进行互连。由于
• 固化工艺应在对流烤箱内进行 ；出于安全考 金属间增生以及因此在焊接面中产生的“柯肯达尔
虑，该烤箱应配备适当的排放装置 ； 孔洞”，铝线会导致可靠性问题，因此不得使用。
• 由于加热不均匀，不得使用微波或辐射固化工艺。 互连工艺组件注意事项 ：
• 热超声球焊是首选的互连技术 ；
互连 • 力、时间和超声波都是至关重要的参数 ；
组件互连包括通过使用焊线和 / 或焊带实现 • 焊盘尺寸较小的分立式 FET 器件应采用 0.0007
组件内部元件的电气连接。针对 GaAs 和 GaN 组 英寸焊线进行焊接 ；
件，焊线和焊带通常为含量为 99.99% 的黄金。 • 最高阶段温度不得超过 200℃；
热超声线焊工艺是最常用的技术。在热超声焊接 • 不得使用铝线。

30 化合物半导体 2017年第4期 www.compoundsemiconductorchina.net