半导体键合机原理

半导体键合机使用金属固位和熔料键合工艺，通过熔料和金属完全接触，在室温条件下形成可靠的连接，从而实现半导体芯片多晶封装过程。熔料能够在室温下形成牢固的键合效果，从而保证核心元件之间的可靠连接。

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原理

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电炉冶炼硅锰合金与冶炼碳素锰铁一样，炉料中的 Fe和P先被还原，Mn的高价氧化物在上层分解或被CO还原成低价氧化物 MnO，低价氧化物MnO再与C反应生成碳化物，其反应式可写作

MnO+(1+x)C→MnCx+CO

随着炉料的下沉进入高温区，C还原SiO2的反应开始发生

SiO2+2C=Si+2CO

被还原出来的Si再与已生成的MnCx作用生成硅锰合金，并促进了Si的还 原，反应式为

SiO2+2C+MnCx=Mn·Si·Cx+2CO

生成的Si愈多，碳化物被破坏的愈彻底，合金含碳量也愈低。当合金的含硅量 低于23.5%时(如硅锰10、硅锰14、硅锰17和硅锰20)，硅破坏碳化物的反应 可写作

(Mn，Fe)7C3+7Si=7(Mn ·Fe)Si+3C

若含硅量较高，则破坏碳化物的反应可写作

(Mn，Fe)7C3+10Si=7(Mn·Fe)Si+3SiC [2]

炉渣碱度

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冶炼硅锰合金时，硅和锰是从熔融态的硅酸锰中还原出来。MnO易被还原，而SiO2难被还原。为使SiO2能得到充分还原以保证合金成分，从控制炉渣成分角度来考虑，应选择低碱度炉渣为宜，且碱度愈低愈好。但当碱度低于0.5时炉渣粘度较大，难以从炉内排出且由于导电性差 而影响电功率在炉膛载体内的均匀分布，难以得到广阔的高温区。结果会使 SiO2不能充分还原，还会导致炉况恶化。影响炉渣碱度的重要因素是SiO2的 还原率。提高炉渣的碱度的途径就是提高SiO2的还原率来实现，不能依靠添 加CaO或MgO来实现，因为CaO和MgO的增加限制了SiO2的还原，降低 了Mn的回收率。通常情况下，控制炉渣碱度CaO/SiO2=0.5~0.7、CaO+MgO/SiO2= 0.6~0.8较适宜，此时渣中SiO2含量在38~42%、MnO含量在10%左右。 [2]

配料计算

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做配料计算，一般按下列程序及要求进行。(1)原料 及产品规格：①确定硅锰合金生产牌号及成分②确定原料及成分，包括入炉 锰矿、焦炭、硅石、熔剂等项原料。(2)参数选择：①元素分配系数的确定，包括 入合金、入炉渣及挥发损失②炉渣碱度选择③焦炭损失系数，包括炉口烧损 和出铁口挑碳，一般按12%计。(3)以100 kg锰矿为基础计算：①锰矿搭配比 例计算，经计算得出入炉混合锰矿的搭配比及混合锰矿成分②需碳量计算③硅石量的计算④补加熔剂量的计算⑤料批组成(kg)，由以上计算得出料 批中锰矿、焦炭、硅石、熔剂等项原料的数量⑥合金重量及成分计算⑦炉渣 重量及成分计算。 [2]

工艺要点

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(1)原料技术条件：

①对锰矿化学成分要求：

合金牌号对锰矿石的质量要求

Mn%≥Mn/Fe≥P/Mn≤

FeMn60Si25

FeMn63Si22

FeMn65Si20

FeMn65Si17

FeMn65Si14

32.0

32.0

32.0

32.0

32.0

8.0

6.8

7.7

6.5

5.5

0.001-0.002

0.001-0.002

0.001-0.002

0.001-0.002

0.001-0.002

锰矿粒度：10 mm~80 mm，小于10 mm的不大于10%；②对焦炭的要求：应符合冶金焦条件，固定碳≥84%，灰分≤14%粒度要求5 mm~25 mm。萤石 中的CaF2≥70%，粒度5 mm~40 mm。对原料的要求与电炉容量大小有关。

(2)冶炼参数要求：在变压器额定容量为12500 kVA矿热炉条件下：①常用电 压级为143 V；②合适的电极工作端长度1700 mm~2000 mm；③保持三相电 流电压平衡；④控制合适的炉渣碱度，控制 二元碱度R2=0.5~0.7，炉渣中 SiO235~43%、MgO5~9%；⑤料面透气性良好、冒火均匀、炉料均衡大面积下沉(封闭电炉使炉内压力稳定)、电极深而稳定地插入炉料中，这是冶炼过程中炉况正常的重要标志；⑥足够量的还原剂，还原剂不足，易导致翻渣、负荷波 动且送电不足，合金中Si与Mn的含量下降。 [2]

硅锰合金是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石（包括富锰渣）和硅石中的氧化锰和二氧化硅而炼制生产的。锰硅合金的生产在矿热炉内进行，使用碳质还原剂、锰矿石、富锰渣、烧结锰矿、焙烧锰矿和硅石作原料，石灰、白云石、萤石等作熔剂在电炉内连续生产。

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