梁佩，魏斌，黄益军

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214000）

0 引言

GaAs功率芯片在相控阵雷达、微波通信系统等领域中发挥着重要的作用，成为雷达T/R组件的关键器件[1]。但其导热性差，通常需要将其装配在MoCu、WCu载体上以增大芯片的散热面积，降低芯片的工作温度，减小热应力失效[2-4]。微组装工艺的可靠性决定了功率器件的性能，而GaAs裸芯片与载体的共晶焊接是微组装的关键技术。本文研究了载体表面镀Au层厚度、焊前预处理和工艺参数对Au80Sn20共晶焊接可靠性的影响规律和焊接机理，实现了GaAs功率芯片微组装技术的工程应用。

1 实验设计

本文采用Au80Sn20共晶焊料实现GaAs芯片与WCu载体的共晶焊接。实验参数如表1所示，分别采用外观检查、超声波扫描、X射线检测和剪切强度测试等手段进行共晶焊接剪切强度和空洞率的验证。实验参数如表1所示。

表1 实验参数

2 结果与分析

GaAs功率芯片共晶焊接后的宏观形貌照片如图1所示。从图1中可以看出，共晶焊料润湿良好，焊接处焊料光亮、光滑。

图1 共晶焊接宏观形貌

2.1 Au层厚度对共晶焊接可靠性的影响

在不同的Au层厚度下，共晶焊接的剪切强度和空洞率数据如表2所示。从表2中可以看出，剪切强度随Au层厚度的增加呈现先增加后降低的趋势。载体表面镀Au层的厚度为3μm时，共晶焊接的剪切强度最高，为77.4 N。载体表面镀Au层的厚度为7μm时，共晶焊接的剪切强度最低，为42.3 N。一方面，载体表面Au层过厚，导致熔融Au80Sn20共晶焊料润湿母材后，载体表面的Au大量溶解于Au80Sn20共晶焊料中，造成Au80Sn20共晶焊料的熔点升高[5]，当焊料的熔点等于焊接温度时，焊料提前凝固，形成不良的焊接接头。……