金屬粉末焊劑在軟釬焊中的運用探究

康 宇，吳家前，韓振峰，高瑞軍

（廣東省焊接技術研究所（廣東省中烏研究院），廣東 廣州 510000）

微電子封裝被定義為以芯片之間的相互連接作用為支撐，協助器件實現其功能，其內的互連介質能為芯片或器件形成機械化支撐、散熱、導熱及防護等多種功能。焊點在散熱、到點及力學性能等諸多方面占據優勢，故而在微電子封裝領域中有較廣泛應用。為全面提升焊點性能，通常會將適量焊劑添加至軟釬焊焊點，金屬粉末焊劑是最常用的焊劑類型之一。

1 金屬粉末的屬性分析

金屬粉末是釬焊中的焊劑填充材料，在工業領域中有較大規模的應用。焊劑的構成以金屬粉末、粘結劑為主，是兩者混合而制得的產物。釬焊有硬釬焊與軟釬焊之分，其工藝原理是促進填充金屬和部件兩者的整合進程，對部件行加熱措施后促使填充金屬熔化釬焊中的粘結劑在經蒸發或分解作用下而脫落，熔融金屬會在相互連接的部件之間形成一一冶金界面。焊劑通常是以一個壓縮空氣操縱的分散噴嘴或模板的網印裝備為依托實現分散，其能精確控制焊劑的分散量，進而在保證焊接質量的基礎上，減少資金投入量。和軟釬焊相比較，硬釬焊焊接溫度處于相對較高的水平，故而規定硬釬焊采用的填充金屬熔點＞700K，軟釬焊填充金屬熔點≤700K[1]。硬釬焊多用于鍛件產品制造領域，軟釬焊在微電子線路板間與電子裝置連接領域中體現出良好的適用性。

2 軟釬焊

在工業領域中，釬焊被定義是應用比母材溶化溫度相對較低的釬料，操作溫度低于母材固相但高于釬料液相線的一種焊接技術。釬焊過程中，釬料熔化成為液態，母材維持固態，在母材的縫隙內或表層上，液態釬料對其起到潤濕、填充、鋪展等多種作用，和母材之間形成相互作用，經冷卻處理后凝固成緊固型接頭，進而實現和木材的穩固性連接[2]。

3 金屬粉末焊劑在軟釬焊中應用實踐

既往有試驗研究發現，有機助熔劑內含有6種～15種成分，以溶劑、松香酸等為典型代表，以上成分多被應用于依照有機熔劑配方進行配制的領域中。因為助熔劑是由多種溶解度與兼容性有機化學物質的構成體，所以以上原料一定要保證所形成溶劑自體具有較高的穩定性，進而促使熔劑和相適宜的充填金屬粉末混合制得釬焊劑。將適量濃縮機加入助熔劑內，其作用是促使釬焊粉末顆粒能夠懸浮，而加入有機助熔劑的作用是剔除釬焊粉末與釬焊基體表層的氧化物，進而能進一步優化熔融的釬焊劑對基體效果，進而確保冶金界面處于較優良的層面上。

充填金屬粉末與助熔劑重量比對焊劑粘度的高低起到決定性作用。模板印刷與噴射分散是2種最常用的方法，前者的使用頻次較高。印刷與分散類的焊劑流變性能存在差異，其原因歸咎于其內金屬量和有機熔劑化學結構存在區別。

微電子制造領域采用的釬焊合金，對純度提出較嚴格的要求。Cd、Zn與AI等雜質在粉末顆粒表層形成氧化物的概率更高[3]。較嚴重的氧化物會對焊劑在回流（軟熔）階段聚結過程形成抑制作用，誘發釬焊球的分離與釬焊元素的不整體性潤濕過程。

粉末的種類是影響電路板器件（SMDs）規格的主要因素之一，比如，元件引線寬度是0.64mm～1.3mm，與之相對應的是75im～45im粉末；寬度為0.38mm～0.64mm，對應粉末為45imim～45im；針對寬度＜0.38mm對應的是＜25im的粉末[4]。伴隨電子產品尺寸的減縮，促使線路板線路分布變得更為繁雜，也更為密集化。

SN63/PB37合金不管是在釬焊溫度范疇、濕潤，還是在物理性能等諸多方面均占據優勢。部分合金的釬焊溫度更低于SN63/PB37，但增加脆性晶界形成的概率，故而在微電子領域不適用。

將充填金屬粘結劑這一導體粘結劑用于微電子領域中，主要是由于其能夠降低工藝溫度，并減少毒性化學物質的生成量，并且還能簡化工藝流程。針對生產實踐中，軟釬焊劑能夠在產品與粘結基底間形成冶金界面的情況，規定其金屬顆粒熔化后能促使冶金界面有導體形成。針對導體粘結劑而言，無金屬熔化，只要能促使粒子間接觸就能誘導電流流動過程。

現階段，工業生產實踐中使用最典型的充填金屬粘結劑金屬粉含量為70%～80%，有機粘結劑含量的取值區間為20%～30%，所使用的金屬粉呈片狀。銀是應用范圍最廣的一種導體粘結劑，和其他類型金屬相比較其導電性處于較高水平，在部分工況下其氧化物也能導電，故而在微電子領域中有較好的應用前景，但使用期間資金耗用量較大，且會形成電移性與毒害物質。銀的電移性是因為其具有較高活潑性所形成的枝狀晶而使電路破損。

用于導體粘結劑的細銀粉與銅粉，均是采用霧化法制作而成的。采用惰性氣體進行霧化處理是常用方法，其能制造出球形粉，這是粘結劑在應用實踐中所要追求的一個方面。該種粉末內氧氣含量較低，對優化銅粉的制造質量有很大裨益。經水霧化制得的銅粉有輕度不規則形，缺少尖銳棱角，經加工后有益于保證其氧化性能的相對穩定性。

片狀粉在導體粘結劑制造領域中也有較廣泛的應用，若片狀粉取向與于板面相互平行時，接觸面積擴增，導電性提升，可兼具流動性與導電性。片狀粉是把霧化粉投入至常規球磨機或碾磨機內經研磨處理后獲得的，在研磨過程中，細粉之間護相互黏附或聚合。研磨過程可以采用干磨或濕磨形式進行，而不管采用如上哪種方法，均需要采用化學方法或加熱形式剔除工藝控制介質或溶劑[5]。

粘結通常是在422K環境條件下，經過10min～15min固化處理后而形成的產物。在熱固粘結內，粘結固化形成了環氧樹脂的斷面連接關系，粘結劑內硬化與他類活性配料間互為作用。因為無需對金屬行熔化處理辦法，所以以上固化過程可略低于比軟釬焊的溫度條件下完成。

4 結束語

將金屬粉末焊劑用于軟釬焊技術領域中，有益于優化焊接效果，優化工業產品的生產制造效果，助力于工業產業的健康、持久發展進程。但在生產實踐中，工作人員應加強相關影響因素的調控與規避，立足于實況，科學選擇溶劑、規劃充填金屬粉末與助熔劑兩者重量的比值、有針對性選擇含銅或含銀粘結劑，整體提升軟釬焊焊接效果與質量。