銦-鉛 (In/Pb) 焊料合金在半導體裝配中可靠的黃金內連接

Indium公司在半導體及先進裝配材料方面新的技術專家Maria Durham一直從事indium公司鉛 (In/Pb)焊料合金方面的研究。本周我們交談了她的有關發現。 

 [Andy C. Mackie: ACM] 哪種銦/鉛焊料合金最常見，它們的特點如何?

[Maria Durham: MD] 首先，由於環境原因和RoHS的規定，在某些焊接領域使用含鉛(Pb-)的焊料是被禁止的，但仍有些應用是允許的。許多軍事、航空和工業設備的使用以及與汽車相關的應用都是允許的。下表顯示大多數常見的銦/鉛(In/Pb)合金(pink)及其特性， 按液相線溫度分類;兩個熔點當中更高的熔點(固相和液相)適合非共熔合金。 藍色的是三種相比較的材料。

Indalloy 205使用得最經常，或許因為它的液相線溫度最接近錫/鉛共晶 (183°C)，63Sn/37Pb (Indalloy 106)。這意味著它可以使用標準的Sn/Pb共晶件。第二種最常見使用的合金是Indalloy7，204和206。除了熔融範圍之外，銦的導熱性和導電性可以和標準的材料相比。

 [ACM] 什麼使銦-鉛(In/Pb)焊料那麼有吸引力， 我們為什麼看到他們的使用最近復蘇了?

 [MD] 焊接時，在某些貴金屬的表面使用銦/鉛(In/Pb)焊料，一個主要的吸引力是它們不會瀝濾金子，不像含錫的焊料。那是因為金不會在它們當中溶解到明顯的程度。在2011年Semicon West的討論中，我們加州的一位元客戶報告，用Indalloy 205接觸金子表面，經過8次模擬的回流，不會損失接頭強度，接頭不會變脆。這給人深刻的印象。請注意，變脆常常是由於形成金-間金屬造成的。我們已經注意到即使在250°C下，50In/50Pb以比它慢13倍的速度進入63Sn/37Pb，速度溶解Au，當然這是動力學，不是熔解度極限，供研究。

熔點較高的Indalloy 164 (92.5Pb/5In/2.5Ag)在所有的In/Pb焊料當中，熱膨脹係數(CTE)最低，能夠忍受更高的溫度偏離，這可以在分級釺焊型的應用看出(其中，使用極高熔融的焊料可以形成最早的接頭，隨後形成第二種最低的熔融合金，等等。)這可以在諸如動力電子設備裝配，其中第一步焊料經常用於晶粒安裝或作為一種焊膏，焊絲或預製品。高熔點可以幫助焊料忍受涉及蓋下電子的操作溫度，引擎控制模之類的應用，其中Indalloy 151 (92.5Pb/5Sn/2.5Ag)或Indalloy 163 (95.5Pb/2Sn/2.5Ag)使用得最經常。In/Pb焊料在剛性結構，諸如陶瓷到金屬或陶瓷到陶瓷上表現出色。理想的固相線/液相線溫度範圍可能通過改變銦:鉛比率調節，使之很容易“撥號”合金到具體的回流工藝。

使用In/Pb焊料有吸引力的另一方面是它們在-55°C至125°C的熱迴圈溫度下表現出很好的抗疲勞性。試驗時，50In50Pb焊料接頭疲勞壽命大約比63Sn/37Pb大100倍。

 [ACM] 在這些應用中使用什麼助焊劑，它們的配方有什麼不同?

 [MD] 與較低熔點（<200°C)的含銦焊料最相容的助焊劑是NC-SMQ-80(焊膏)或粘性更低的TacFlux^® 012(適合與焊絲、預製品和焊球一起使用)。這些是免洗的助焊劑，經過特殊的配方獲得較低的溫度回流。在合適的溫度回流下，這些助焊劑留下良好的殘留物，無需被清洗(“免洗”助焊劑)，雖然它們在大多數實用的操作中常常被清洗，通常是為了確保可靠的絲焊不存在助焊劑的濺汙。

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 Cheers!  Andy

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