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Il segreto della saldatura eutettica: come ottenere connessioni ad alta resistenza a basse temperature?
Nell'attuale era di rapido sviluppo tecnologico, realizzare connessioni ad alta resistenza a basse temperature è diventata una sfida fondamentale. La saldatura eutettica, nota anche come saldatura eutettica, è una tecnologia di saldatura di wafer che utilizza uno strato metallico intermedio per formare un sistema eutettico. La caratteristica di questa tecnologia è che può realizzare la trasformazione diretta da solido a liquido o da liquido a solido a una composizione e temperatura specifiche senza passare attraverso il processo di equilibrio bifase, il che riduce notevolmente il requisito di temperatura. La forte connessione del il cerchio apre una nuova porta.
La temperatura di fusione di una lega eutettica può spesso essere inferiore ai punti di fusione dei due elementi puri, il che è fondamentale per il legame eutettico.
Secondo la ricerca, questa tecnologia è stata applicata con successo per trasferire materiali epitassici come GaAs-AlGaAs a substrati di silicio da quando è stata segnalata da Venkatasubramanian et al. nel 1992, e la sua applicazione nelle celle solari è stata ulteriormente verificata nel 1994. prestazioni . Il vantaggio della saldatura eutettica è che può ottenere un confezionamento ermetico e un'interconnessione elettrica in un processo one-shot, soprattutto quando il processo viene eseguito in un ambiente a bassa temperatura, il che induce meno stress nell'assemblaggio finale, rendendolo una soluzione ideale. nel campo dell'elettronica. piano.
Per ottenere una saldatura eutettica efficace, è necessario considerare diversi parametri chiave, tra cui la temperatura di saldatura, la durata e la pressione dell'utensile, ognuno dei quali ha un impatto sulla resistenza e sull'affidabilità della saldatura finale.
Panoramica del legame eutettico
Il principio di base del legame eutettico è che il silicio (Si) e vari metalli possono unirsi e formare un sistema eutettico. Le formazioni eutettiche più comuni sono silicio-oro (Si-Au) e silicio-alluminio (Si-Al). Questa procedura di legame viene solitamente applicata a wafer di silicio o di vetro rivestiti con pellicole Au/Al.
La scelta corretta della lega dipende dalla temperatura di lavorazione e dalla compatibilità dei materiali utilizzati.
Inoltre, la saldatura eutettica presenta meno restrizioni sulla rugosità e sulla planarità del substrato rispetto alla saldatura diretta, il che la rende più flessibile nelle applicazioni pratiche. Rispetto alla saldatura anodica, non è richiesta alcuna tensione elevata, il che è particolarmente importante per i sistemi microelettromeccanici elettrostatici (MEMS). Ancora più vantaggiosamente, rispetto al processo di legame dell'interstrato organico, il legame eutettico può promuovere più efficacemente il rilascio di gas e migliorare le prestazioni di tenuta.
Procedure operative
Pre-elaborazione
Il passaggio fondamentale per una buona riuscita della saldatura eutettica è la preparazione della superficie. Prima della preparazione, gli strati di ossido sulla superficie del silicio agiscono come una barriera alla diffusione e devono essere rimossi per favorire un legame forte. I metodi di rimozione più comuni includono l'incisione chimica a umido (ad esempio la pulizia con acido fluoridrico), l'incisione chimica a secco e la deposizione chimica da vapore. In alcune applicazioni è anche necessario pretrattare la superficie utilizzando plasma di idrogeno o gas fluorurati come CF4.
Un altro modo per garantire una buona adesione del metallo eutettico al wafer di silicio è quello di utilizzare uno strato adesivo. Questi sottili strati metallici intermedi sono in grado di aderire efficacemente allo strato di ossido e di interagire con il metallo eutettico, favorendo così il legame con lo strato sottostante.
Processo di incollaggio
Una volta pretrattato il substrato, si procede immediatamente alla messa in contatto per impedire che lo strato di ossido si riformi nuovamente. Durante il processo di saldatura, i substrati vengono solitamente posti in un'atmosfera riducente di idrogeno polare e flusso di gas inerte, che favorisce il contatto con il metallo.
L'uniformità del calore e della pressione su tutta l'attrezzatura è fondamentale per la buona riuscita dell'ancoraggio. Una volta che i droganti sono a contatto a livello atomico, vengono riscaldati alla temperatura eutettica, che favorisce la reazione tra i metalli, e supportati da un'adeguata pressione meccanica.
Processo di raffreddamento
Quando la temperatura scende al di sotto del punto eutettico, la miscela di materiali inizia a solidificarsi, formando solitamente una pellicola sottile sul substrato di silicio. La chiave sta nei parametri di processo corretti per prevenire la formazione di crepe indotte da stress durante il raffreddamento.
Potenziali utilizziGrazie alla sua superiore resistenza di legame, la saldatura eutettica è particolarmente adatta alla produzione di sensori di pressione o dispositivi fluidici. La produzione di sensori e attuatori micromeccanici consente l'implementazione di funzioni elettroniche o meccaniche su più wafer, aprendo nuovi scenari applicativi.
Con il progresso della tecnologia, la saldatura eutettica sta diventando una parte indispensabile della produzione di componenti elettronici. In futuro, saremo in grado di padroneggiare veramente questa tecnologia e promuovere lo sviluppo di ulteriori innovazioni?
