Iris Labadie Kyocera America, Inc. 8611 Balboa Avenue San Diego, CA 92123 电子邮件:iris.labadie@kyocera.com 摘要 钎焊是实现封装金属化和金属部件(如散热器、密封环和连接器)之间可靠粘合的关键工艺。封装的信号完整性、机械可靠性和热管理性能不仅依赖于材料的改进,还依赖于利用这些改进的制造方法。用于医疗、恶劣环境或航空航天应用的高可靠性封装需要彻底了解选择哪种制造工艺,以及夹具和材料准备,以满足高功率 GaN 和 SiC 器件运行时对更高频率下低电损耗和更高热导率的日益增长的需求。在本文中,我们将讨论利用制造设计工具和方法实现最佳钎焊。 钎焊机理和功能 钎焊是通过将一层薄薄的毛细管填充金属流入金属之间的空间来连接金属。接合是由少量母材金属溶解在熔融填充金属中而产生的紧密接触,母材金属不会熔化。术语“钎焊”用于温度超过某个值的情况,例如 450°C。术语“焊接”通常用于低于 450°C 的温度 [1]。钎焊有一个基本要求,必须满足该要求才能形成可靠的钎焊接头。为了使冶金接头可接受,填充金属必须与母材表面发生部分反应。因此,填充金属充当两个部分之间的连接。Cusil 是一种铜和银的共晶合金,是封装行业最常用的填料。这是合理的,因为它会轻微溶解镍而不会形成有害的金属间化合物。使用钎焊将金属连接到陶瓷封装和复杂模块有四个主要功能原因
在焊接操作过程中用于保护焊缝和焊接电弧免受大气污染。氧气、氮气、水蒸气以及空气和车间气氛中的其他成分都可能对焊件有害。在连接过程中,有几种气体用于保护镍和镍基合金。最常见的是氩气、氦气、氩气-氦混合气和氢气。氩气和 1% 氧气混合气也用于焊接有限数量的合金(参考文献 1)。当使用气体进行连接时,建议使用特殊的高纯度等级;这些高纯度等级可在市场上买到。最近一份关于 Inconel 600 气体钨电弧焊件的报告强调了这一点(参考文献 2)。结论是,氩气保护气中相对少量的杂质元素(特别是氧气)对电弧的熔化效率有很大影响。总杂质含量从 690 ppm 增加到仅 2440 ppm 导致焊接渗透率下降约 50%。虽然这些杂质水平远高于
尽管锡是一种非常著名的金属,并被广泛用于工业领域,但就地壳的相对丰度而言,它是一种相当稀有的元素。全世界只有少数几个具有商业价值的锡矿(主要是氧化物锡石),因此纯锡是一种相对昂贵的商品。例如,根据伦敦金属交易所 1993 年的数据,锡的市场价值与镍相当,比铅高出约 20 倍。任何工业过程的目标都是利用最经济的操作条件来生产出高质量的最终产品。因此,鉴于金属成本相对较高,对于任何涉及使用大量锡或锡基合金的过程,充分确定最佳操作参数始终是明智之举。
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