芯片共晶工藝是通過金屬合金焊料來形成焊接層。共晶是指在相對較低的溫度下共晶焊料發(fā)生共晶物熔合的現(xiàn)象,共晶合金直接從固態(tài)變到液態(tài),而不經(jīng)過塑性階段。其熔化溫度稱共晶溫度。
芯片共晶主要指金硅、金鍺、金錫等共晶焊接。金的熔點為1063℃,硅的熔點為1414℃,但金硅合金的熔點遠低于單質(zhì)的金和硅。從二元系相圖中可以看到,含有31%的硅原子和69%的金原子的Au-Si共熔體共晶點溫度為370℃。這個共晶點是選擇合適的焊接溫度和對焊接深度進行控制的主要依據(jù)。金硅共晶焊接法就是芯片在一定的壓力下(附以摩擦或超聲),當溫度高于共晶溫度時,金硅合金融化成液態(tài)的Au-Si共熔體。冷卻后,當溫度低于共晶溫度時,共熔體由液相變?yōu)橐跃ЯP问交ハ嘟Y(jié)合的機械混合物——金硅共熔晶體而全部凝固,從而形成了牢固的歐姆接觸焊接面。金屬合金焊接還包括“軟焊料”焊接(如95Pb/5Sn,92.5Pb/5In/2.5Ag),由于其機械強度相對較小,在半導體器件芯片焊接中不太常用。