金基(金锡)焊料因其高熔点、无蠕变、高拉伸强度、优异的导热导电性能、以及经过考验的使用寿命(标准的“已知良好”材料),而被应用于各种高可靠性的应用。
金基焊料
优点
- 所有焊料中,金基焊料拥有最大的抗拉强度
- 高熔点能与后续回流工艺兼容
- 无铅,符合RoHS(《电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》)的规范
- 可靠性高
- 导热性能优异
- 耐腐蚀,抗氧化
- 抗热疲劳性能极佳
- 接合强度高
- 润湿性能优异
- 金锡月贵金属兼容
铟泰的金基焊料被用于:
- 医疗
- 大功率半导体器件
- 射频和微波器件
- 航空航天
- 国防
- 封装密封
- 光电和激光元件
- 钻井
- 特种MEMs封装
金基焊料的首要应用场景:
- 需要极高的接合和密封可靠性的场合
- 无助焊剂的焊接工艺
- 取代硬钎焊:共熔的金锡焊料拉伸强度高达275兆帕(40,000磅/平方英寸),可取代硬钎焊。
- 盖封
- 密封
- 镀金表面的接合
- 芯片粘接(Die-Attach):共熔的金锡焊料熔点为280°C,可以满足芯片粘接工艺要求的高熔点。
铟泰的金基焊料产品
- 80金/20锡 焊锡粉
- 3号粉(25-45微米)
- 4号粉(15-38微米)
- 5号粉(15-25微米)
- 6号粉(10-20微米)
- 免洗助焊剂
- NC-SMQ51SC(用于大功率LED 和 MEMS)
- RMA-SMQ51A(用于芯片粘贴中焊接困难的基板表面)
- NC-SMQ75(不含卤素、残留物少;环境要求:含氧量<10ppm)
- 小批量封装产品
- 罐装(10克)
- 注射器包装(5立方厘米)
- 厚度最低可达0.0127毫米 (0.0005英寸)
- 严格控制尺寸公差,确保焊料的体积保持一致
- 板形检测可达0.00254毫米 (0.0001英寸)
- 铟泰拥有大量的裸芯片供参考,且有能力直接加工对应产品
- 小固体,尺寸从0.152毫米 (0.006英寸)起
- 可提供复杂的特殊形状
- 直径从025毫米 ± 0.0127毫米 (0.001英寸 ± 0.0005英寸)起
- 严格的尺寸公差
- 精心设计的包装可充分减少焊接过程中金线的断裂
- 含金量最高为80%
- 尺寸从254毫米 (0.010英寸)起
- 尺寸公差严格控制在±5微米
Indalloy®的物理性质 | Au | 80Au20Sn | 88Au12Ge | 96.8Au3.2Si |
固相线 (°C) | 1064 | 280 | 356 | 363 |
液相线 (°C) | 1064 | 280 | 356 | 363 |
导热率 (W/mK) | 318 | 57 | 44 | 27 |
拉伸强度 (PSI) | 20,000 | 40,000 | 26,835 | 36,975 |
剪切强度 (PSI) | 20,000 | 40,000 | 26,825 | 31,900 |
在20°C时的热膨胀系数 (PPM/°C) | 14 | 16 | 13 | 12 |
粘合层最小厚度 | 清洁度 | 沉积设备 | 器件热环境 | 优点 | 弱点 | |
锡膏 | 25 μm | 低 (表面有助焊剂污物) | 模板印刷机或滴涂机 | >280℃ | 低成本设备;人工或自动化组装;沉积速度快 | 有助焊剂残留物;只有厚层沉积;需扩散工序;需清洗;需冷藏 |
预成型焊片 | 12 μm | 高 (不使用助焊剂时) | 人工或者贴片机 | >280℃ | 高纯度;人工或自动化组装;焊片设计时就与沉积尺寸匹配 | 自动化设备昂贵;只有厚层沉积;人工精确放置困难,需要助焊剂或者降低气压 |
蒸镀 | 0.01 μm | 高 | 蒸镀室 | >环境温度 | 纯度非常高;沉积快;设备成本低;镀层厚度大小可变 | 大范围沉积(损失材料);可能需要扩散工序 |
合金电镀 | 0.25 μm | 良(仅存在有机杂质) | 电镀作业线 | 环境温度 | 纯度不错;只在导电表面沉积 | 设备昂贵;难以控制成份;沉积速度低 |
层镀 | 2.5 μm | 良(仅存在有机杂质) | 电镀作业线 | 环境温度+扩散加热工序 | 纯度不错;只在导电表面沉积 | 设备昂贵;难以控制成份;沉积速度低;需要扩散工序 |
需要考虑的因素
- 尽管含金焊料初始成本高于其他焊料,其收益率及单位售价也相对较高,这使其成为可行方案。
- 如果不使用助焊剂,可能需要低氧环境。
- 某些应用需要施加压力来促进水平基板表面的无空洞的良好回流。
- 在分步焊接或可能需要返修的工艺中,镀金表面的焊接过程中会产生一种熔点高于原合金的金属化合物。使用金锡合金时,搭配含锡量高的合金可以解决这个问题。
- 合成气体(混合气)。
- 可能需要使用如刮擦、混合气体环境或者甲酸等方法,来去除被焊接表面的氧化物。
可选用的工艺
- 真空焊:无需助焊剂的无空洞焊接
- 芯片粘接:工艺温度高
- 回流焊:对流、红外和感应加热等方法
- 激光焊:点焊
- 汽相回流焊:加热均匀
- 手焊:烙铁、热板、超声波和浸焊