微小无铅钎焊接头中金锡化合物的形貌与分布：激光与热风重熔方法的比较

在微电子封装和组装领域，重熔钎焊技术是实现器件连接的关键工艺。随着技术的发展，激光重熔因其局部加热和高能量输入的特点，逐渐成为焊接热敏感器件的首选方法。金作为一种常用的金属镀层材料，在钎焊接头中与锡反应生成金属间化合物，这些化合物的形貌和分布对接头的性能有着重要影响。

1. 激光重熔方法：

1.1 激光重熔原理与特点

激光重熔技术利用高能量密度的激光束对钎料进行局部加热，使其迅速熔化并与焊盘形成冶金连接。这种方法具有加热速度快、热影响区域小、能量输入集中等特点，特别适合焊接热敏感器件。

1.2 金锡化合物的形貌与分布

在激光重熔过程中，由于加热时间短（仅几毫秒），金镀层与钎料合金的反应有限。当金镀层厚度为0.1微米时，金可以被钎料合金完全溶解。然而，当金镀层厚度增加到3.0和4.0微米时，金不会被完全溶解，而是在界面处与钎料合金中的锡反应生成AuSn4、AuSn2、AuSn化合物和Au2Sn相。这些化合物的形貌多为针状或树枝状，分布在界面附近。

1.3 激光重熔对接头性能的影响

激光重熔技术由于其快速加热和冷却特性，能够细化焊料组织，提高焊点的机械强度和疲劳寿命。此外，由于金锡化合物主要集中在界面处，且形貌细小，对接头的性能影响较小。

2. 热风重熔方法

2.1 热风重熔原理与特点

热风重熔技术通过热风对钎料进行加热，使其熔化并与焊盘形成冶金连接。这种方法加热均匀，但加热时间较长，可能导致热敏感器件的损伤。

2.2 金锡化合物的形貌与分布

在热风重熔过程中，由于加热时间长达70秒，金与锡的反应更为充分和剧烈，金锡化合物完全演变为AuSn4化合物，呈大块状或短棒状分布于整个钎焊接头。这些大块状的AuSn4化合物的存在会严重影响接头的性能，导致接头可靠性下降。

2.3 热风重熔对接头性能的影响

热风重熔方法由于加热时间长，可能导致金锡化合物的大块状分布，影响接头的可靠性。此外，焊盘镀层中的Ni和Cu元素也可能熔入钎料合金中，生成更复杂的金属间化合物，进一步影响接头性能。

3. 两种方法的比较

3.1 金锡化合物形貌与分布的差异

激光重熔方法得到的金锡化合物形貌细小，主要集中在界面处，而热风重熔方法得到的金锡化合物形貌较大，分布于整个钎焊接头。

3.2 对接头性能影响的比较

激光重熔方法由于金锡化合物形貌细小且分布集中，对接头性能的影响较小，而热风重熔方法由于金锡化合物形貌较大且分布广泛，对接头性能的影响较大。

3.3 激光喷射锡球技术（LJSBB）的优势

激光喷射锡球技术（LJSBB）作为一种先进的激光重熔技术，具有非接触式、局部加热、热影响区小和灵活且易于实现自动化等特点。此外，LJSBB技术的快速加热和冷却特性使得焊料组织细化，极大提高了焊点的机械强度和疲劳寿命。

4. 结论

激光重熔方法因其快速加热和冷却特性，能够细化焊料组织，提高焊点的机械强度和疲劳寿命，而热风重熔方法则可能导致金锡化合物的大块状分布，影响接头的可靠性。因此，在焊接热敏感器件时，激光重熔方法更为合适。

5. 激光焊接工作原理

5.1 激光喷射锡球系统组成

激光喷射锡球系统主要由激光发射系统、CCD照相系统、供球系统、氮气控制系统和焊接工作台组成。这些组成部分协同工作，实现精确的焊接过程。

5.2 激光喷射锡球技术（LJSBB）的工作原理

当钎料球从供料系统经导向机构自动滚入到喷嘴处时，喷嘴卡住未融化的钎料球。当高压氮气的压力达到设定阈值时，激光器触发产生高脉冲能量，瞬间熔化喷嘴处的钎料球。熔化后的钎料在氮气压力和自身重力的作用下喷射，钎料接触到焊盘后润湿铺展形成焊点，从而完成焊接过程。

5.3 技术实施的挑战与解决方案

尽管激光焊锡技术具有显著优势，但在实际应用中也面临着设备成本高、操作复杂性等挑战。为了克服这些挑战，大研智造提供了全面的客户服务和技术支持，确保客户能够充分利用激光焊锡机的潜力。

成本效益：通过自主技术创新和优化设计，有效降低了激光焊接设备的采购、运行和维护成本，显著降低了生产成本，提高了产品市场竞争力。

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审核编辑 黄宇