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El secreto de la unión eutéctica: ¿Cómo conseguir uniones de alta resistencia a bajas temperaturas?
En la era actual de rápido desarrollo tecnológico, cómo lograr conexiones de alta resistencia a bajas temperaturas se ha convertido en un desafío clave. La unión eutéctica, también conocida como soldadura eutéctica, es una tecnología de unión de obleas que utiliza una capa metálica intermedia para formar un sistema eutéctico. La característica de esta tecnología es que puede realizar la transformación directa de sólido a líquido o de líquido a sólido a una composición y temperatura específicas sin pasar por el proceso de equilibrio de dos fases, lo que reduce en gran medida el requisito de temperatura. La fuerte conexión de la El círculo abre una nueva puerta.
La temperatura de fusión de una aleación eutéctica a menudo puede ser inferior a los puntos de fusión de los dos elementos puros, lo que es fundamental para la unión eutéctica.
Según las investigaciones, esta tecnología se ha aplicado con éxito para transferir materiales epitaxiales como GaAs-AlGaAs a sustratos de silicio desde que Venkatasubramanian et al. lo informaron en 1992, y su aplicación en células solares se verificó aún más en 1994. rendimiento . La ventaja de la unión eutéctica es que puede lograr un empaque hermético y una interconexión eléctrica en un proceso de una sola vez, especialmente cuando el proceso se lleva a cabo en un entorno de baja temperatura, lo que induce menos estrés en el ensamblaje final, lo que lo convierte en una solución ideal. en el campo de la electrónica. plan.
Para lograr una unión eutéctica efectiva, se deben considerar varios parámetros clave, incluida la temperatura de unión, la duración y la presión de la herramienta, cada uno de los cuales tiene un impacto en la resistencia y confiabilidad de la unión final.
Descripción general de la unión eutéctica
El principio básico del enlace eutéctico es que el silicio (Si) y varios metales pueden alearse y formar un sistema eutéctico. El silicio-oro (Si-Au) y el silicio-aluminio (Si-Al) son las formaciones eutécticas más comunes. Este procedimiento de unión se aplica generalmente a obleas de silicio o vidrio recubiertas con películas de Au/Al.
La selección correcta de la aleación depende de la temperatura de procesamiento y de la compatibilidad de los materiales utilizados.
Además, la unión eutéctica tiene menos restricciones en cuanto a la rugosidad y planitud del sustrato en comparación con la unión directa, lo que la hace más flexible en aplicaciones prácticas. En comparación con la unión anódica, no se requiere alto voltaje, lo que es particularmente importante para los sistemas microelectromecánicos electrostáticos (MEMS). Más ventajosamente, en comparación con el proceso de unión de la capa intermedia orgánica, la unión eutéctica puede promover de manera más efectiva la liberación de gas y mejorar el rendimiento del sellado.
Procedimientos de operación
Preprocesamiento
El paso fundamental para una unión eutéctica exitosa es la preparación de la superficie. Antes de la preparación, las capas de óxido en la superficie de silicio actúan como una barrera de difusión y deben eliminarse para promover una unión fuerte. Los métodos de eliminación más comunes incluyen el grabado químico húmedo (como la limpieza con ácido fluorhídrico), el grabado químico seco y la deposición química de vapor. En algunas aplicaciones también es necesario pretratar la superficie utilizando plasma de hidrógeno o gases fluorados como CF4.
Otra forma de garantizar una buena adhesión del metal eutéctico a la oblea de silicio es utilizar una capa de adhesión. Estas delgadas capas intermedias de metal pueden adherirse eficazmente a la capa de óxido e interactuar con el metal eutéctico, promoviendo así la unión a la capa subyacente.
Proceso de unión
Una vez pretratado el sustrato, se realiza inmediatamente el contacto para evitar que la capa de óxido vuelva a crecer. Durante el proceso de unión, los sustratos generalmente se colocan en una atmósfera reductora de hidrógeno polar y flujo de gas inerte, lo que ayuda a promover el contacto del metal.
La uniformidad del calor y la presión en todo el equipo es fundamental para el éxito del anclaje. Una vez que los dopantes están en contacto a nivel atómico, se calientan a la temperatura eutéctica, lo que promueve la reacción entre los metales, y se apoya en una presión mecánica adecuada.
Proceso de enfriamiento
A medida que la temperatura desciende por debajo del punto eutéctico, la mezcla de materiales comienza a solidificarse, formando típicamente una película delgada sobre el sustrato de silicio. La clave está en los parámetros de proceso correctos para evitar grietas inducidas por tensión durante el enfriamiento.
Usos potencialesDebido a su superior fuerza de unión, la unión eutéctica es particularmente adecuada para la fabricación de sensores de presión o dispositivos fluídicos. La fabricación de sensores y actuadores micromecánicos permite el despliegue de funciones electrónicas o mecánicas en múltiples obleas, abriendo nuevos escenarios de aplicación.
Con el avance de la tecnología, la unión eutéctica se está convirtiendo en una parte indispensable de la fabricación de componentes electrónicos. En el futuro, ¿seremos capaces de dominar realmente esta tecnología y promover el desarrollo de más innovaciones?
