پیوند یوتکتیکی

پیوند یوتکتیکی، که همچنین به عنوان جوش یوتکتیکی شناخته می شود، بیانگر یک روش پیوند ویفری به همراه یک لایهٔ فلزی میانی است که منجر به تولید یک سیستم یوتکتیکی می شود. این فلزات یوتکتیکی آلیاژ هایی هستند که در یک ترکیب و دمای مخصوص، بدون برهم زدنِ تعادل دو فازی ــ یعنی حالت توأمانِ مایع و جامد ــ مستقیماً از حالت جامد به مایع یا بالعکس از حالت مایع به جامد تبدیل می شوند. این واقعیت که درجه حرارت یوتکتیکی می تواند بسیار پایین تر از دمای ذوب دو یا چند عنصر خالص باشد، در پیوند یوتکتیکی حائز اهمیت است.
آلیاژهای یوتکتیک ازطریق روش های کندوپاش، تبخیر منبع دوجانبه یا آبکاری الکتریکی به صورت رسوب، ته نشین شده و ایجاد می گردند. همچنین، این آلیاژها می توانند به کمک واکنش های انتشاری موادِ خالص و سپس ذوب شدن ترکیب یوتکتیک ( یوتکتیکی ) تشکیل شوند. [ ۲]
پیوند یوتکتیک می تواند بسته ها و اتصال داخلی الکتریکی مهر و موم شده را، طی یک پروسهٔ واحد تولید کند ( مقایسهٔ تصاویر اولتراسونیک ) . به علاوه، این روش از ویژگی های: دمای پردازش پایین، برآیند تنش پایین القاشده در مونتاژ نهایی، استحکام بالای پیوند، بازده فراوان تولیدی و ایمنی بالا برخوردار است. این خواص وابسته به ضریب انبساط حرارتی بین بسترها می باشد. [ ۱]
مهمترین پارامترهای پیوند یوتکتیک عبارتند از:
• دمای پیوند
• طول پیوند
• فشار ابزار
پیوند یوتکتیک بر پایهٔ توانایی سیلیسیم ( Si ) به آلیاژ شدن با فلزات متعدّد و تشکیل یک سیستم یوتکتیک است. بیشترین ساختارهای یوتکتیکی موجود، مربوط به سیلیسیم ( Si ) با طلا ( Au ) یا آلومینیوم ( Al ) است. [ ۳] این روش پیوندی عموماً، بیشترین کارایی را برای ویفرهای سیلیسیمی ( Si ) یا شیشه ای دارد که با یک فیلم AL/Au و تا اندازه ای با یک لایهٔ چسبنده پوشش داده می شوند. ( مقایسه با تصویر زیر )
جفت سیلیسیم ــ طلا ( Si - Au ) دارای مزایای: دمای یوتکتیک بسیار پایین، استفادهٔ گسترده مستمر در پیوند تراشه ( نصب مهره ) و سازگاری با اتصالات داخلی آلومینیومی می باشد. [ ۴] علاوه بر این، اغلب آلیاژهای یوتکتیک مورد استفاده برای پیوند ویفری در نیمه رسانا در جدول زیر نشان داده شده اند. انتخاب آلیاژ صحیح، به کمکِ دمای فرایند و سازگاری مواد مورد استفاده، تعیین می گردد. [ ۵]
به علاوه، پیوند یوتکتیکی محدودیت های کمتری در ارتباط با زبری و مسطح بودن بستر نسبت به پیوند مستقیم دارد. در مقایسه با پیوند آندی، ولتاژهای بالایی که ممکن است به سیستم های میکروالکترومکانیکی ( MEMS ) الکترواستاتیک آسیب برساند، مورد نیاز نیست. افزون بر این، پروسهٔ پیوند یوتکتیک، گاززدایی و درزبندی بهتری را نسبت به پیوند با لایه های میانی آلی ایجاد می کند. [ ۸] در قیاس با پیوند فریت شیشه ای، این مزیت که کاهش اندازه حلقهٔ مهر و موم، افزایش سطوح درزگیری و کوچک شدن سایز دستگاه امکانپذیر است. اندازه مهر و موم های یوتکتیک توسط ضخامتی بین ۵–۱میکرومتر و بزرگی بیشتر از ۵۰ میکرومتر مشخّص می شود. مزیّت استفاده از آلیاژ یوتکتیک، فراهم آوردن انتقال الکتریکی و ارتباط با لایه های توزیع مجدّد است. دمای پروسهٔ پیوند یوتکتیک به مواد مورد استفاده بستگی دارد. پیوند در درصد وزنی و دمای خاصی رخ می دهد؛ برای مثال، دمای ۳۷۰ سانتیگراد در درصد وزنی ۸۵/۲٪ سیلیسیوم برای لایهٔ میانی آلومینیومی. ( با دیاگرام فازی مقایسه شود ) [ ۳]