陶瓷外壳封盖,选择平行缝焊or金锡焊?在微电子封装领域,多层陶瓷外壳因机械强度、气密性和热稳定性,成为高可靠性芯片封装的核心载体。而封装工艺中的焊接技术,直接决定了产品的长期可靠性。当前主流的平行缝焊与金锡焊接工艺各有优劣,本文从技术原理、适用场景展开分析。
首先来看看平行缝焊工艺。
平行缝焊属于电阻焊的一种,通过电极滚轮施加压力并传递脉冲电流,在盖板与陶瓷基体的接触面产生焦耳热,使金属镀层熔融形成连续焊缝。其核心优势在于局部加热,整体温升控制在200-300℃,对内部芯片的热冲击较小。
平行缝焊示意图
平行缝焊的优势体现在:1.低成本:设备投入低,适合批量生产。2.工艺适应性广:可焊接矩形、圆形等规则形状,通过工装设计兼容不同尺寸。
当然,平行缝焊的局限性包括:焊接过程中可能破坏盖板的镀层,导致盐雾环境下电化学腐蚀加剧,而且陶瓷基体也易因热应力积累产生隐性裂纹。
再来看看金锡焊工艺。
金锡焊的原理是:以Au80Sn20共晶合金(熔点280℃)为介质,通过预成型焊片精准控制焊料用量,在真空或N2/H2混合气体保护下实现熔融焊接。其密封性可达氦漏率<5×10⁻⁹ Pa·m³/s,满足航天级要求。
采用预成型金锡焊片进行金锡焊接
金锡焊的优势体现在以下三个方面:1.抗腐蚀性强:焊接后保护镀层完整,盐雾试验通过率高。2.热管理能力优异:金锡合金的热导率较高达到57 W/(m·K),适合大功率器件散热需求。3.工艺兼容性好:可通过预成型焊片精确定位,可焊接陶瓷、可伐合金等多种材料,支持复杂结构的封装。
金锡焊的局限性:材料成本高(金含量80%),且材料脆性大,加工难度高,常常需要控制预成型焊片用量。而且焊接温度需达到300-350℃,可能影响内部芯片粘结胶的耐温性,需提前验证材料兼容性。此外,由于需精密控制焊料厚度和位置,对设备精度(如点焊机、真空炉)和洁净度要求较高。
来个表格对比以下两者的优缺点。
最后来说说结合不同场景,该优先选择哪种焊接工艺?
若要求高气密性、抗腐蚀性和长期可靠性(如军工、光通信),建议采用预成型金锡焊工艺,搭配N₂/H₂混合气体保护以提升洁净度,譬如在航空航天等对可靠性要求高的场景。
若产品对成本敏感且无需极高抗盐雾性能,优先考虑该工艺,但需优化参数以减少瓷裂风险,譬如汽车电子、消费电子等领域。