金錫共晶

金錫共晶（AuSn20），又稱金錫合金，是通過電解作用，將鍍液中的亞金和亞錫離子按照質量分數Au80%，錫20%的含量，沉積在訂單制定的位置上。金錫共晶含有AuSn（δ）和Au5Sn（ζ）兩相的低溫共晶貴金屬焊料，其厚度依據沉積時間，可控設計，且可以在300℃下與金層無需助焊劑，直接焊接。

基本介紹

• 中文名：金錫共晶
• 外文名：AuSn20
• 又稱：金錫合金
• 方法：通過電解作用
• 作用：可以在300℃下與金層直接焊接
• 特點：釺焊溫度適中、高強度、低粘滯性

性能特點

釺焊溫度適中

釺焊溫度僅比它的熔點高出20～30℃(即約300～310)。在釺焊過程中，基於合金的共晶成分，很小的過熱度就可以使合金熔化並浸潤；另外，合金的凝固過程進行得也很快。因此，金錫合金的使用能夠大大縮短整個釺焊過程周期。金錫合金的釺焊溫度範圍適用於對穩定性要求很高的元器件組裝。同時，這些元器件也能夠承受隨後在相對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℃。

高強度

金錫合金的屈服強度很高。即使在250～260℃的溫度下，它的強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。如果在釺焊過程中採用真空，或還原性氣體如氮氣和氫氣的混合氣，就不必使用化學助焊劑。

低粘滯性

液態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。

浸潤性良好

具有良好的且對鍍金層無鉛錫焊料的浸蝕現象，

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

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

技術發展背景

隨著電-光之間相互轉化器件的大規模推廣，尤其是基於電致發光的大功率LED和高功率雷射器，以及基於光通信原理的Intel光腦技術，都要求光電子封裝材料和工藝進行變革。兩方面的特殊要求使得AuSn20成為光電子封裝關注的焦點。首先，針對大功率光電器件的高導熱需要，AuSn20共晶的熱導率是57w/m·K，熱導率為焊料中最高。其次，可靠性和微區加工的需要，AuSn20 共晶中金含量80wt%,共晶點為280℃，無疑它的可靠性極佳。這些特性使得它在大功率LED，電動汽車和雷射器等微電子領域，以及光通信和光電器件的戰略領域中得到廣泛套用。

技術發展現狀

美國的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，但國內尚無加工代理和鍍液提供。國內對AuSn20的電鍍加工研究多年，但是進展緩慢，無法投入工業套用。可見製備金錫共晶焊料對國家微電子、光電領域科技發展和國防建設都有重要意義。

國內目前採用的AuSn20共晶焊墊多數採用預成型片。這種預成型片，是採用鑄造拉撥軋製法和疊層冷軋複合法製得。鑄造拉撥軋製法需要添加第三組元Pd或Pt，影響了金錫合金的純度，焊接性能也會受到影響。而疊層冷軋複合法難以控制金與錫的反應量，未合金化的金或錫都會對焊料產生不良影響。在微電子學、光電子學和MEMS中套用的焊盤一般只需要3-5μm，而Au、Sn多層冷軋製造AuSn20合金箔帶材厚度為0.025～0.10毫米。使用的預成型片最薄厚度為25μm，且得到的合金較脆，無法進行微加工，更無法滿足圖形複雜、精確定位和圓片級凸點的要求。

國內有研究所在進行濺射法和熱蒸發法相關的研究，但這種方法製備的膜層最厚只能到數千埃，難以進一步做厚，而且投資成本大，貴金屬材料浪費嚴重。國內外也有課題組進行電沉積AuSn20共晶的研究開發，其中加拿大的Ivey教授課題組、中山大學崔國峰教授、大連理工大學的黃明亮教授和哈爾濱工業大學的王春青教授課題組的研究最具有特色。國內能夠工業化生產金錫共晶的企業很少，據悉惠州力道電子能夠按照客戶要求提供穩定產品。

套用領域

1. 大功率器件的高導熱封裝。

大功率器件和高頻微波器件的推廣套用中，散熱問題愈發明顯。其中，大功率LED的散熱直接體現為晶片的光衰和電池隱患。物聯網的推廣要求高頻微波的功率提高，直接帶來發射基站功率負載劇增，導致發熱嚴重。電動汽車的大功率導熱基板配套無法滿足要求。金錫共晶焊料的研發和生產直接關係到散熱問題的解決。

2. 微型光電器件的高可靠封裝。

電子設備逐漸小型化，尤其是微型感測器，MEMS器件和微型雷射器的使用，都要求在微型基板表面微區進行無助焊劑的焊墊加工。加之，高精密高可靠性的要求，對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。傳統的金錫合金焊墊採用的是預成型片，其加工工藝是採用物理粉末冶金的方法製備而成的。這種預成型片雖然適合於元器件的氣密性封裝，但是無法在微電子的微區進行加工。

生產的要求

據悉，惠州某公司通過多年潛心研發，採用環保型無氰的檸檬酸金（Au(I)）和硫酸亞錫（Sn(II)）聯合，在特殊絡合劑的作用下，實現在陶瓷基板的指定封裝微區上沉積AuSn20共晶，而且共晶厚度可以通過電沉積時間控制，同時，共晶的Au和Sn含量可通過電流密度進行調節，這樣就可以調整合金的熔點。從而滿足高精密度，高可靠性封裝材料和工藝的要求。實現了電沉積金錫共晶批量生產的穩定性，領先業內競爭者，達到國內領先水平，接近國際先進生產企業標準。

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現。
3. 指定厚度：沉積時間控制厚度。
4. 環保無氰

技術指標

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

AuSn20共晶焊盤厚度在1μm到20μm可準確控制；

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

	項　目	數　值	單　位
成分	成　分	AuSn20>96.0	wt%
物理特性	熔點	280±2	℃
	密度	14.51	g/cm3
	熱膨脹係數	16×10-12，20℃
	熱導率	57.0	W/m·K
基板特性	拉伸強度	4.0	MPa
	剪下力	4.0	MPa
	楊氏模量	8.57×106	mm

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