在合集2022下的497-499页,说DSP用烧结工艺来实现更高的电信号频率。烧结工艺,可以用铜,也可以用银。
在光学芯片的焊料选择中,也有银焊料,主要是两大类:
用微米颗粒的导电银胶,在常规的探测器等场景可以用,导电银胶很少用在激光器的焊接,因为导电银胶非常容易引起激光器可靠性风险。咱们常用的激光器焊料是金锡共晶焊料。
用纳米颗粒的导电银膏,可以用于激光器。这是一种比金锡共晶焊料更好的烧结材料。
略区分一下这两类场景
用于电芯片的银膏,主要选择的是“烧结”,也就是固体银的之间“金属键合”,Die bonding的那个键。
固体银的“键合”,不需要像焊料一样历经一个“液”态过程,目的是保持键合料的形状,用于DSP的引脚间距降低。
高频信号的焊点引脚间距要减小,可以参考2022合集下第435-449页对于电信号的一个综合解释,也可以具体参考2022合集上第221-226页为什么高频DSP的BGA的焊点需要更密集的分布。
如果要在较低温度下实现银的固态键合,需要把银粉的颗粒制作到“纳米”级别。也就是我们所说的纳米银膏。
高频电芯片的纳米银膏的烧结工艺,提高射频带宽,需要降低引脚间距,采用无液态焊料十分重要。
用于光芯片的纳米银膏,尤其是激光器的银膏,则是利用了材料的高导热性能。
咱们光模块中常用的是导电银胶,Y4T329 TO封装之--导电银胶
导电银胶很难用于激光器封装,主要原因有两个,第一个是导电能力差,第二个是导热能力差,曾经有公司把银胶用在激光器封装中,导致了串联电阻增大,线路生热,产生了批量可靠性风险。
导电银胶的导电能力差,和导热能力差,根本原因是一样的。银本身是很好的导电材料,也是很好的导热材料,但是导电银胶是在胶水中掺入了大量的银颗粒。这些颗粒通俗理解就是被胶带缠在一起的。
银颗粒和颗粒之间,只有较小的接触面,导电和导热都与接触面积强相关,接触面小,所以导电能力和导热能力都不行。
银胶的银含量越高,导电和导热能力越好。当然,这个号是相对的好。
咱们看一下,银胶一般用的微米级别的颗粒,95%银含量,热导率约为25W/m.k,比金锡共晶的热导率要低一些。
所以,激光器最最常用的是金锡焊料。
可,如果把颗粒度降到纳米级别,就能实现银和银的直接键合,导热能力得到飞升。
纳米级别的颗粒,通过100-300℃的温度烧结,银颗粒之间就长在一起了。
这是实打实的一块银,不是被胶水网住的银颗粒。纳米银烧结焊膏,导热能力比金锡共晶焊料要好很多。
小结:
用于高频电芯片的纳米银膏
主要原因是无液态流动性,支持高密度BGA焊点分布,而BGA的焊点信号与GND的距离要缩短,是由于高频电信号(电磁波)的波长变短了。
次要原因是电阻率很优秀,导热能力很高,DSP也是一个大热量的芯片,这些也是优点,也是需要的。
用于CW 大功率激光器的纳米银膏
主要原因是高导热特性,用在光纤通信单模波段的激光器,由于结构与材料的限制,从电到光的转换效率只有10-20%, 激光器产生极大的废热。由于是用于CPO和硅光芯片的CW 大功率激光器,输入电流在几百个毫安,废热越来越严重,激光器的封装,用更好的导热材料,优先级越来越高。