真空共晶炉/真空焊接炉——镀层对共晶的影响-电子发烧友网

真空共晶焊接是一个艰难的工艺探讨过程，而不是简单的加热和冷却。影响共晶质量的因素也有很多：升降温的速率、真空度、充入的气氛、焊料的选择。今天我们从另一个方面，器件的表面镀层，来探讨一下对共晶质量的影响。
常见的镀层材料涵盖锌、镍、铬、锡及其合金。按照基体金属和镀层的电化学性质，可以将镀层分为阳极性镀层和阴极性镀层，如铁上镀锌属于阳极性，铁上镀锡则属于阴极性。然而属于什么性质的镀层并不是固定的，还需要从所处的介质和环境考虑，如果在70～80℃的水中，锌的电极电位比铁正，这时成为阴极性镀层；而在有机酸中，锡相对于铁来说就成了阳极性镀层。除了铁上镀锌、镀锡这种简单的单层镀层，还有由几层相同金属或不同金属叠加而成的组合镀层，以及由固体微粒均匀地分散在金属中而形成的复合镀层。

图1.镀金示意图

镀层对于共晶的几个核心作用：
1.提供可焊性表面
如果芯片的焊接面或者基板的焊盘本身不可焊，则需要镀上一层合适的金属，使其能够与共晶焊料发生反应以形成良好的结合。
2.防止氧化
铜、镍等成分的基底在空气中容易氧化，形成的氧化层会阻碍焊料的湿润和铺展。因此如果在容易氧化的金属面上镀上一层隔绝空气的保护层，就能保持焊接表面的洁净和活性。
3.阻挡金属扩散
焊料中的锡元素会向铜成分的基底扩散，形成脆性的金属间化合物，如果我们在基底上镀上一层镍，就能阻挡锡的扩散。
4.与焊料形成共晶合金
比如金与锡基焊料，在共晶焊温度下，金会迅速熔解到锡中，最终形成性能优良的金锡共晶合金。

图2.金锡共晶合金相图

可以看出，选择合适的镀层、对于镀层的处理，对于提升共晶质量有很大的帮助，但是如果镀层选择不当，或者本身处理不当，同样也会导致严重的焊接缺陷。
1.降低焊接强度
一些可焊性镀层，如Sn-Pb、Cu、Ag，可以改善焊接性能，但一些镀层可能会在高温下产生脆化，降低焊接强度，导致焊接处容易产生裂纹或发生断裂。
2.降低共晶质量
如果镀层本身处理不当，表面氧化、被污染、或存在有机物，在共晶时焊料可能无法在表面铺展，造成润湿不良或完全不润湿；当焊料熔化时，污染物质会分解产生气体，在焊点内形成空洞，造成高空洞率，影响器件的性能和可靠性。

图3.润湿不良示意图

3.提高共晶难度
某些镀层会增加焊接材料与基底之间的接触阻力，阻碍焊接过程；如果镀层过厚，也会使共晶难度增加。
4.造成污染
某些镀层的化学物质会在高温下蒸发，形成污染物或释放出有毒气体，危害操作人员的健康，造成环境的污染。
综上所述，需要在共晶前对镀层进行充分的了解和处理，选择合适的共晶工艺，让镀层成为更好共晶效果的辅助，减少对共晶质量的影响。此外，如果您手上有已经镀好的器件需要共晶处理，我司配备了“正负压焊接工艺”的氮气真空炉可以满足高质量的共晶需求，如果您有此需求，或者想探讨工艺，可以联系我们，我司同样有样机可供试焊。