一塊看似普通的芯片殼體,因?yàn)楸韺又挥袔孜⒚缀竦慕?,卻能在惡劣環(huán)境里穩(wěn)定工作二十年——這種“金”來(lái)自可伐合金鍍金??煞ズ辖鸨揪鸵蚺c玻璃、陶瓷熱膨脹系數(shù)匹配而備受器件制造商青睞,可為什么還要再鍍金?鍍金之后性能到底提升了多少?又該怎樣控制這層薄如蟬翼的金不脫、不裂、不起孔?帶著這些疑問,一起拆解這門被稱作“界面魔術(shù)”的技術(shù)。
1 從“材料契合”談起
可伐合金的核心特點(diǎn)
Fe-Ni-Co 三元體系,室溫至400 °C 膨脹系數(shù)與硼硅玻璃和陶瓷極為接近;磁導(dǎo)率低、強(qiáng)度適中。
界面挑戰(zhàn)
可伐合金表面極易生成致密氧化膜,裸金線焊、鋁線鍵合、電阻焊都會(huì)因氧化層而失效。
鍍金需求
金惰性高、潤(rùn)濕性好,可與焊錫、金錫焊片、金絲快速形成可靠金屬間化合物,是實(shí)現(xiàn)真空密封、長(zhǎng)期通電的關(guān)鍵中介。
2 “分層思維”下的鍍金方案
常見流程不再按傳統(tǒng)“前處理-鎳底-金面”的順序陳列,而按“障礙→對(duì)應(yīng)層”邏輯梳理:
可能障礙 | 對(duì)策鍍層 | 作用簡(jiǎn)述 |
氧化膜難以活化 | 氯化沸騰酸洗 + 陰極清洗 | 去除氧化鐵鎳鈷,暴露新鮮基體 |
Fe/Ni 與 Au 互擴(kuò)散 | 磷化鎳或鈀鎳合金 3-5 μm | 形成擴(kuò)散阻擋層,抑制Kirkendall空洞 |
鎖孔、針孔 | 無(wú)氰堿性Au 0.3-0.8 μm | 低內(nèi)應(yīng)力,填平微觀凹陷 |
邊緣覆蓋不足 | 滾鍍或選區(qū)刷鍍 | 在薄片、引腳轉(zhuǎn)角處補(bǔ)償電場(chǎng)遮蔽 |
工藝小貼士
鍍前粗糙度若能控制在 Ra ≤ 0.2 μm,可減少金耗約7%。
阻擋層磷含量 8–12 wt% 時(shí)擴(kuò)散系數(shù)最低。
熔封玻璃前,180 °C 真空回火 1 h 可排氫,防“鼓泡”。
3 性能躍升,用數(shù)據(jù)說(shuō)話
指標(biāo) | 鍍金前可伐 | 鍍金后可伐 | 典型測(cè)試方法 |
接觸電阻 / mΩ·cm2 | 3.5 | 0.08 | 四探針法 |
鹽霧腐蝕起泡時(shí)間 / h | < 24 | > 720 | ASTM B117 |
金絲鍵合拉力 / g | 不可鍵合 | ≥ 8 | MIL-STD-883 |
10-9 Pa · m3/s 氦漏率持續(xù)時(shí)間 | 6 個(gè)月 | 15 年 | 質(zhì)譜檢漏 |
這些數(shù)據(jù)揭示:鍍金不僅讓電性、化學(xué)穩(wěn)定性大幅提升,更直接延長(zhǎng)器件壽命一個(gè)數(shù)量級(jí)。
4 與鎢銅鍍金的“橫向?qū)φ铡?/strong>
維度 | 可伐合金鍍金 | 鎢銅合金鍍金 |
關(guān)注焦點(diǎn) | 氣密封裝、鍵合可靠 | 熱管理、低接觸阻抗 |
難點(diǎn) | 氧化層去除、熱循環(huán)剝落 | 密度大致密性高、鍍層附著 |
鍍層設(shè)計(jì) | 鎳(或鈀)阻擋 + 軟金薄層 | 厚鍍金或選擇性無(wú)電金 |
典型應(yīng)用 | 激光器殼體、軍用繼電器、MEMS 蓋板 | 大功率微波散熱基板、天線饋源 |
由此可見,可伐在“封裝氣密 + 可焊 + 長(zhǎng)壽命”三重目標(biāo)上優(yōu)勢(shì)明顯,而鎢銅則偏向“熱-電導(dǎo)一體化”賽道。
5 制造現(xiàn)場(chǎng)的“卡脖子”瞬間
陰陽(yáng)極面積比失衡:引線框架密排鏤空,陽(yáng)極電流集中易燒焦晶種,解決辦法是掛具加陰極輔助片。
上錫漂移:爐溫偏高導(dǎo)致阻擋層局部熔蝕,錫料順孔攀升,引發(fā)短路;需降低預(yù)熱段溫度并縮短保溫時(shí)間。
金層微裂:可伐件過水冷卻速度過快,熱應(yīng)力瞬間釋放,在 40× 微顯下可見“魚鱗紋”;緩冷+后烘可消除。
6 成本與環(huán)保的平衡術(shù)
金耗控制:采用
CID(電流密度梯度)監(jiān)控 + 視覺終點(diǎn)判斷,平均節(jié)金 12%。
無(wú)氰替代:近年來(lái)三羧酸鹽-硫代硫酸鹽體系已實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用,氰根排放降低 98%。
循環(huán)回收:剝金液-置換粉雙循環(huán),一公斤陰極金可回收約 960 g。
7 未來(lái)走向三大關(guān)鍵詞
區(qū)域選擇性:只在焊區(qū)、鍵合區(qū)保留金,其余用鎳/錫封裝,可伐殼體金用量預(yù)計(jì)再降 40%。
納米復(fù)合阻擋:Ni-Mo-P 納米晶+無(wú)定形共存結(jié)構(gòu),900 °C/30 min 互擴(kuò)散深度< 50 nm。
數(shù)字孿生鍍槽:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)陰極電流密度分布,模擬-修正-反饋閉環(huán),缺陷率降至 500 ppm 以下。
0755-23303400
18018745210