微小無(wú)鉛釬焊接頭中金錫化合物的形貌與分布：激光與熱風(fēng)重熔方法的比較

在微電子封裝和組裝領(lǐng)域，重熔釬焊技術(shù)是實(shí)現(xiàn)器件連接的關(guān)鍵工藝。隨著技術(shù)的發(fā)展，激光重熔因其局部加熱和高能量輸入的特點(diǎn)，逐漸成為焊接熱敏感器件的首選方法。金作為一種常用的金屬鍍層材料，在釬焊接頭中與錫反應(yīng)生成金屬間化合物，這些化合物的形貌和分布對(duì)接頭的性能有著重要影響。

1. 激光重熔方法：

1.1 激光重熔原理與特點(diǎn)

激光重熔技術(shù)利用高能量密度的激光束對(duì)釬料進(jìn)行局部加熱，使其迅速熔化并與焊盤(pán)形成冶金連接。這種方法具有加熱速度快、熱影響區(qū)域小、能量輸入集中等特點(diǎn)，特別適合焊接熱敏感器件。

1.2 金錫化合物的形貌與分布

在激光重熔過(guò)程中，由于加熱時(shí)間短（僅幾毫秒），金鍍層與釬料合金的反應(yīng)有限。當(dāng)金鍍層厚度為0.1微米時(shí)，金可以被釬料合金完全溶解。然而，當(dāng)金鍍層厚度增加到3.0和4.0微米時(shí)，金不會(huì)被完全溶解，而是在界面處與釬料合金中的錫反應(yīng)生成AuSn4、AuSn2、AuSn化合物和Au2Sn相。這些化合物的形貌多為針狀或樹(shù)枝狀，分布在界面附近。

1.3 激光重熔對(duì)接頭性能的影響

激光重熔技術(shù)由于其快速加熱和冷卻特性，能夠細(xì)化焊料組織，提高焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞壽命。此外，由于金錫化合物主要集中在界面處，且形貌細(xì)小，對(duì)接頭的性能影響較小。

2. 熱風(fēng)重熔方法

2.1 熱風(fēng)重熔原理與特點(diǎn)

熱風(fēng)重熔技術(shù)通過(guò)熱風(fēng)對(duì)釬料進(jìn)行加熱，使其熔化并與焊盤(pán)形成冶金連接。這種方法加熱均勻，但加熱時(shí)間較長(zhǎng)，可能導(dǎo)致熱敏感器件的損傷。

2.2 金錫化合物的形貌與分布

在熱風(fēng)重熔過(guò)程中，由于加熱時(shí)間長(zhǎng)達(dá)70秒，金與錫的反應(yīng)更為充分和劇烈，金錫化合物完全演變?yōu)锳uSn4化合物，呈大塊狀或短棒狀分布于整個(gè)釬焊接頭。這些大塊狀的AuSn4化合物的存在會(huì)嚴(yán)重影響接頭的性能，導(dǎo)致接頭可靠性下降。

2.3 熱風(fēng)重熔對(duì)接頭性能的影響

熱風(fēng)重熔方法由于加熱時(shí)間長(zhǎng)，可能導(dǎo)致金錫化合物的大塊狀分布，影響接頭的可靠性。此外，焊盤(pán)鍍層中的Ni和Cu元素也可能熔入釬料合金中，生成更復(fù)雜的金屬間化合物，進(jìn)一步影響接頭性能。

3. 兩種方法的比較

3.1 金錫化合物形貌與分布的差異

激光重熔方法得到的金錫化合物形貌細(xì)小，主要集中在界面處，而熱風(fēng)重熔方法得到的金錫化合物形貌較大，分布于整個(gè)釬焊接頭。

3.2 對(duì)接頭性能影響的比較

激光重熔方法由于金錫化合物形貌細(xì)小且分布集中，對(duì)接頭性能的影響較小，而熱風(fēng)重熔方法由于金錫化合物形貌較大且分布廣泛，對(duì)接頭性能的影響較大。

3.3 激光噴射錫球技術(shù)（LJSBB）的優(yōu)勢(shì)

激光噴射錫球技術(shù)（LJSBB）作為一種先進(jìn)的激光重熔技術(shù)，具有非接觸式、局部加熱、熱影響區(qū)小和靈活且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。此外，LJSBB技術(shù)的快速加熱和冷卻特性使得焊料組織細(xì)化，極大提高了焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞壽命。

4. 結(jié)論

激光重熔方法因其快速加熱和冷卻特性，能夠細(xì)化焊料組織，提高焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和疲勞壽命，而熱風(fēng)重熔方法則可能導(dǎo)致金錫化合物的大塊狀分布，影響接頭的可靠性。因此，在焊接熱敏感器件時(shí)，激光重熔方法更為合適。

5. 激光焊接工作原理

5.1 激光噴射錫球系統(tǒng)組成

激光噴射錫球系統(tǒng)主要由激光發(fā)射系統(tǒng)、CCD照相系統(tǒng)、供球系統(tǒng)、氮?dú)?a target="_blank">控制系統(tǒng)和焊接工作臺(tái)組成。這些組成部分協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)精確的焊接過(guò)程。

5.2 激光噴射錫球技術(shù)（LJSBB）的工作原理

當(dāng)釬料球從供料系統(tǒng)經(jīng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)自動(dòng)滾入到噴嘴處時(shí)，噴嘴卡住未融化的釬料球。當(dāng)高壓氮?dú)獾膲毫_(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，激光器觸發(fā)產(chǎn)生高脈沖能量，瞬間熔化噴嘴處的釬料球。熔化后的釬料在氮?dú)鈮毫妥陨碇亓Φ淖饔孟聡娚?，釬料接觸到焊盤(pán)后潤(rùn)濕鋪展形成焊點(diǎn)，從而完成焊接過(guò)程。

5.3 技術(shù)實(shí)施的挑戰(zhàn)與解決方案

盡管激光焊錫技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著設(shè)備成本高、操作復(fù)雜性等挑戰(zhàn)。為了克服這些挑戰(zhàn)，大研智造提供了全面的客戶(hù)服務(wù)和技術(shù)支持，確?？蛻?hù)能夠充分利用激光焊錫機(jī)的潛力。

成本效益：通過(guò)自主技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效降低了激光焊接設(shè)備的采購(gòu)、運(yùn)行和維護(hù)成本，顯著降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

定制解決方案：提供定制化的激光錫焊解決方案，根據(jù)客戶(hù)的具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，確保焊接技術(shù)與客戶(hù)需求的完美匹配。

專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持：擁有一支由焊接領(lǐng)域?qū)＜医M成的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，為客戶(hù)提供全方位的技術(shù)支持和服務(wù)，確?？蛻?hù)能夠充分利用激光錫焊技術(shù)的潛力。

本文由大研智造撰寫(xiě)，我們專(zhuān)注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。欲了解更多關(guān)于激光焊錫機(jī)在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請(qǐng)通過(guò)大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來(lái)我司參觀、試機(jī)、免費(fèi)打樣。

審核編輯 黃宇