共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题

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共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题因为传统铅锡焊料和无铅焊料强度不足、砍蠕变能力差以及其他的本身缺陷，共晶金锡焊料已经替代它们广泛用于高可靠和高功率电路中，包括使用在混合电路、MEM、光电开关、LEDs、激光二极管和无线电装置○锡焊料焊接中可以避免使用组焊剂，尤其可以减少污染和焊盘的腐蚀。虽然使用金锡焊料有很多优点，但材料的性能和焊接工艺工程仍需研究。

前言：由于共晶金锡焊料具有优良的机械和热传导性能 （特别是强度和抗蠕变性）以及不需组焊剂可以很好的再流的特性，共晶AuSn被广泛应用于高温和高可靠性的电路中。与之对比其他无铅和传统的铅锡共晶焊料却有着大量的问题：
焊接时需要的组焊剂造成了焊接焊盘的腐蚀，同时残杂也会危害EMES、光电电路和密封封装（组焊剂-般在密封电路中被禁止使用）。
在光学电路中焊料的过度蠕变或应力松弛的积累会导致阵列的退化。
低强度
低热传导率（尽管这个问题被夸大了，事实上热传导率还需要考虑大焊接焊料的厚度）
共晶金锡焊料已经得到了广泛应用：如MEMS光开关等微电子和光电子学中使用的倒装芯片；光纤附件; GaAs和InP激光二极管 ;密封包装;和射频器件等。
AuSn的焊接已证明可靠性可以达到30多年，是因为其焊接中再流过程可以产生重复、无空洞以及无缺陷的焊接。本文回答了很多公司关于焊接设计、焊接材料组合以及再流焊技术发展等问题。

相图
我们可以从金锡焊料的二元相图去认识很多共晶金锡焊料焊接的关键问题，如图1所示，焊料中富金时，液相线下降非常迅速，在常温下有大量的线性”化合物。

当使用金锡焊料焊接镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个焊接问题，镀层里的金元素才可以扩散或融入到焊料中。这样可以产生两个优点：在这个温度下第二次再流不会损坏到焊料；更高的温度也可以产生更大的抗蠕变性。然而，焊接后中间的焊料很难再次起到焊接作用，因为即使两个焊接界面可以分开，残留下焊接时形成的金属间化合物都会阻止再流。而且，焊接中的凝固” 现象也会使浸湿不充分导致焊接不完全而使强度下降。

这些缺点可以通过增加焊料中锡成分成为富锡焊料，这样，共晶成分中金完全平均分散的。但在使用金锡焊膏时候，这种方法也是有-定缺陷的，因为焊膏的成分是可变的，这也是为什么使用蒸发、溅射或电镀方法来沉积焊膏。

对于共晶焊接，我们应该关注冷却时如下的过程：L → ξ δ → ξ δ，-般来说，焊接后ξ和ξ构成了焊接的主要组成，其中ξ是焊接后形成的金属间化合物。

焊接后，我们期盼构成η， ε，δ和ξ的连续的界面。-般来说，瞬间液相（TLP）连接使用的更多而不是共晶连接。瞬间液相（TLP）连接的优点的是连接温度处于Sn液相点和共晶液相间之间。但是，此种焊接时加热时间和冷却时间都需要更长，而且如果在这个过程里反应没有完全，则以后长时间里微结构的演变都会继续。通过多层薄的焊料可以减少这些缺陷，因为薄层可以减少扩散距离，也减少产生金属间化合物的时间。

这个相图有利于我们认识焊料的机械性能。锡富-方形成的金属间化合物方图是线”形化合物，具有极其有限的溶解度。这些化合物-般有着高强度和良好的抗蠕变性，但展延性减少。
但在下文中我们将讨论到，具备中等延性和优良的抗蠕变性的金锡焊料形成的金属间化合物却远比CuSn化合物有更好的展延性。