金錫共晶性能特點(diǎn)

釬焊溫度適中

釬焊溫度僅比它的熔點(diǎn)高出20～30℃(即約300～310)。在釬焊過程中，基于合金的共晶成分，很小的過熱度就可以使合金熔化并浸潤(rùn)；另外，合金的凝固過程進(jìn)行得也很快。因此，金錫合金的使用能夠大大縮短整個(gè)釬焊過程周期。金錫合金的釬焊溫度范圍適用于對(duì)穩(wěn)定性要求很高的元器件組裝。同時(shí)，這些元器件也能夠承受隨后在相對(duì)低一些的溫度利用無鉛焊料的組裝。這些焊料的組裝溫度大約在260℃。

高強(qiáng)度

金錫合金的屈服強(qiáng)度很高。即使在250～260℃的溫度下，它的強(qiáng)度也能夠勝任氣密性的要求。

無需助焊劑

合金成份中金占了很大的比重(80%)，材料表面的氧化程度較低。如果在釬焊過程中采用真空，或還原性氣體如氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚?，就不必使用化學(xué)助焊劑。

低粘滯性

液態(tài)的金錫合金具有很低的粘滯性，從而可以填充一些很大的空隙。

浸潤(rùn)性良好

具有良好的且對(duì)鍍金層無鉛錫焊料的浸蝕現(xiàn)象，

金錫合金與鍍金層的成分接近，因而通過擴(kuò)散對(duì)很薄鍍層的浸溶程度很低，也沒有銀那樣的遷徙現(xiàn)象。

另外，Au80%Sn20%焊料還具有高耐腐蝕性、高抗蠕變性及良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性。

隨著電-光之間相互轉(zhuǎn)化器件的大規(guī)模推廣，尤其是基于電致發(fā)光的大功率LED和高功率激光器，以及基于光通信原理的Intel光腦技術(shù)，都要求光電子封裝材料和工藝進(jìn)行變革。兩方面的特殊要求使得AuSn20成為光電子封裝關(guān)注的焦點(diǎn)。首先，針對(duì)大功率光電器件的高導(dǎo)熱需要，AuSn20共晶的熱導(dǎo)率是57w/m·K，熱導(dǎo)率為焊料中最高。其次，可靠性和微區(qū)加工的需要，AuSn20 共晶中金含量80wt%,共晶點(diǎn)為280℃，無疑它的可靠性極佳。這些特性使得它在大功率LED，電動(dòng)汽車和激光器等微電子領(lǐng)域，以及光通信和光電器件的戰(zhàn)略領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

美國(guó)的Indium公司和加拿大Micralyne公司可以提供此種電鍍液的商品和加工服務(wù)，但國(guó)內(nèi)尚無加工代理和鍍液提供。國(guó)內(nèi)對(duì)AuSn20的電鍍加工研究多年，但是進(jìn)展緩慢，無法投入工業(yè)應(yīng)用?？梢娭苽浣疱a共晶焊料對(duì)國(guó)家微電子、光電領(lǐng)域科技發(fā)展和國(guó)防建設(shè)都有重要意義。

國(guó)內(nèi)目前采用的AuSn20共晶焊墊多數(shù)采用預(yù)成型片。這種預(yù)成型片，是采用鑄造拉撥軋制法和疊層冷軋復(fù)合法制得。鑄造拉撥軋制法需要添加第三組元Pd或Pt，影響了金錫合金的純度，焊接性能也會(huì)受到影響。而疊層冷軋復(fù)合法難以控制金與錫的反應(yīng)量，未合金化的金或錫都會(huì)對(duì)焊料產(chǎn)生不良影響。在微電子學(xué)、光電子學(xué)和MEMS中應(yīng)用的焊盤一般只需要3-5μm，而Au、Sn多層冷軋制造AuSn20合金箔帶材厚度為0.025～0.10毫米。使用的預(yù)成型片最薄厚度為25μm，且得到的合金較脆，無法進(jìn)行微加工，更無法滿足圖形復(fù)雜、精確定位和圓片級(jí)凸點(diǎn)的要求。

國(guó)內(nèi)有研究所在進(jìn)行濺射法和熱蒸發(fā)法相關(guān)的研究，但這種方法制備的膜層最厚只能到數(shù)千埃，難以進(jìn)一步做厚，而且投資成本大，貴金屬材料浪費(fèi)嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外也有課題組進(jìn)行電沉積AuSn20共晶的研究開發(fā)，其中加拿大的Ivey教授課題組、中山大學(xué)崔國(guó)峰教授、大連理工大學(xué)的黃明亮教授和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王春青教授課題組的研究最具有特色。國(guó)內(nèi)能夠工業(yè)化生產(chǎn)金錫共晶的企業(yè)很少，據(jù)悉惠州力道電子能夠按照客戶要求提供穩(wěn)定產(chǎn)品。

1. 大功率器件的高導(dǎo)熱封裝。

大功率器件和高頻微波器件的推廣應(yīng)用中，散熱問題愈發(fā)明顯。其中，大功率LED的散熱直接體現(xiàn)為芯片的光衰和電池隱患。物聯(lián)網(wǎng)的推廣要求高頻微波的功率提高，直接帶來發(fā)射基站功率負(fù)載劇增，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。電動(dòng)汽車的大功率導(dǎo)熱基板配套無法滿足要求。金錫共晶焊料的研發(fā)和生產(chǎn)直接關(guān)系到散熱問題的解決。

2. 微型光電器件的高可靠封裝。

電子設(shè)備逐漸小型化，尤其是微型傳感器，MEMS器件和微型激光器的使用，都要求在微型基板表面微區(qū)進(jìn)行無助焊劑的焊墊加工。加之，高精密高可靠性的要求，對(duì)封裝材料和封裝工藝提出

更為苛刻的要求。可見，只有金含量占有80wt%的AuSn20共晶可以滿足這一要求。傳統(tǒng)的金錫合金焊墊采用的是預(yù)成型片，其加工工藝是采用物理粉末冶金的方法制備而成的。這種預(yù)成型片雖然適合于元器件的氣密性封裝，但是無法在微電子的微區(qū)進(jìn)行加工。

據(jù)悉，惠州某公司通過多年潛心研發(fā)，采用環(huán)保型無氰的檸檬酸金（Au(I)）和硫酸亞錫（Sn(II)）聯(lián)合，在特殊絡(luò)合劑的作用下，實(shí)現(xiàn)在陶瓷基板的指定封裝微區(qū)上沉積AuSn20共晶，而且共晶厚度可以通過電沉積時(shí)間控制，同時(shí)，共晶的Au和Sn含量可通過電流密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以調(diào)整合金的熔點(diǎn)。從而滿足高精密度，高可靠性封裝材料和工藝的要求。實(shí)現(xiàn)了電沉積金錫共晶批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性，領(lǐng)先業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)者，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，接近國(guó)際先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1. 指定位置：光刻膠掩膜金層，暴露位置電鍍

2. 指定含量：控制電流密度和鍍液組成來實(shí)現(xiàn)。

3. 指定厚度：沉積時(shí)間控制厚度。

4. 環(huán)保無氰

電沉積AuSn20共晶凸點(diǎn)熔點(diǎn)溫度<300℃（即可以在320℃時(shí)，回流焊接）；

AuSn20共晶焊盤厚度在1μm到20μm可準(zhǔn)確控制；

焊盤圖形定最小尺寸達(dá)到0101，即0.254mm×0.254mm,定位精度不超過±20微米。

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共晶焊錫由錫63%和鉛37%組成的焊錫被稱為共晶焊錫，這種焊錫的熔點(diǎn)是183度。

由錫63%和鉛37%組成的焊錫被稱為共晶焊錫，這種焊錫的熔點(diǎn)是183度。當(dāng)錫的含量高于63%,溶化溫度升高,強(qiáng)度降低.當(dāng)錫的含量少于10%時(shí),焊接強(qiáng)度差,接頭發(fā)脆,焊料潤(rùn)滑能力變差.最理想的是共晶焊錫.在共晶溫度下,焊錫由固體直接變成液體,無需經(jīng)過半液體狀態(tài).共晶焊錫的熔化溫度比非共晶焊錫的低,這樣就減少了被焊接的元件受損壞的機(jī)會(huì).同時(shí)由于共晶焊錫由液體直接變成固體,也減少了虛焊現(xiàn)象.所以共晶焊錫應(yīng)用得非常的廣泛.2100433B

穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系亞共晶鑄鐵的凝固過程可用圖2表示。凝固初期初生奧氏體都首先從熔體中析出，溫度降到共晶溫度以下時(shí)，穩(wěn)定系共晶體為石墨/奧氏體介穩(wěn)定系共晶體為碳化物/奧氏體，至共晶溫度以下前者轉(zhuǎn)變?yōu)槭?珠光體(或鐵素體)，后者轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體 珠光體。

奧氏體是亞共晶鑄鐵的初生相，普通灰口鑄鐵的奧氏體只在共析轉(zhuǎn)變溫度以上存在，室溫下看到的鐵素體和珠光體都是奧氏體的固態(tài)相變產(chǎn)物。

當(dāng)亞共晶鐵水冷卻到液相線以下時(shí)即變成過飽和溶液，奧氏體開始從熔體中析出，隨著溫度下降，和奧氏體平衡的鐵水含碳量沿液相線變化，碳濃度隨溫度下降而上升，與此同時(shí)已結(jié)晶的奧氏體含碳量沿固相線變化，隨溫度下降也上升，至共晶平衡溫度時(shí)，奧氏體最大溶解度為2.11%的碳，鐵水含碳量為4.26%。在凝固過程申L/γ界面上不斷發(fā)生鐵、碳原子的遷移，碳原子從奧氏體一側(cè)向熔體方向擴(kuò)散，鐵原子則從熔體一側(cè)向奧氏體方向擴(kuò)散，鐵、碳原子作相反方向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。熔體中的其它元素也在凝固過程中發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，例如Si、Ni、Al、Cu、Co等元素傾向于向奧氏體枝干上富集，稱為反偏析元素，而C、Mn、Cr、W、Mo、V、P則傾向于在奧氏體的結(jié)晶前沿和共晶團(tuán)的邊界上富集，稱為正偏析元素。雜質(zhì)元素的這種偏析導(dǎo)致成分過冷是奧氏體發(fā)生分枝(見圖1所示)的主要原因。在初生奧氏體生長(zhǎng)過程中Bi、Pb、Sn等微量元素的顯微偏析格外引入注目，它們?cè)谀毯笃谑Ｓ嗉s10%的熔體中的濃度甚至比平均值高幾倍。起初奧氏體枝晶間偏析為共晶體生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件，但在凝固后期微量元素的偏析可能足以改變石墨形態(tài)或?qū)е滦纬删чg碳化物。