维普资讯 http://www.cqvip.com 现代材料动态 ２００８年第２期 Ｉｎｃｏｎｅ１７２５合金是一种可时效硬化的、耐蚀特性类似６２５合金的可锻造Ｎｉ．Ｃｒ合金。但 是，经时效硬化的７２５合金，其强度几乎是经退火的６２５合金的两倍。７２５合金中的硬化沉 淀相是Ｙ 和Ｙ”。 从表４明显看出，Ａｌｌｃｏｒｒ合金和Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｇ．３５合金中的铬含量相当高。这使合金拥有 出色的抵御氧化酸的能力。Ｇ．３５合金是专门设计用于对付“湿法工艺”中的磷酸，这是肥 料工业中的一个重要化工产品，这两种合金均拥有良好的防止氯化物造成的麻点、裂缝侵蚀 以及应力腐蚀裂缝等的能力。 （杨英惠摘译） 高散热要求推动ＡｕＳｎ管芯粘接焊料的应用 在高散热要求应用方面，广泛利用ＡｕＳｎ焊料作为管芯粘接材料，主要是微波器件、激 光二极管和ＲＦ功率放大器。对于这些器件应用，ＡｕＳｎ是很好的选择，因为它热导率高、 无铅，一般情况下无需焊剂。过去几年通过新工艺开发使ＡｕＳｎ材料的电解电镀成为批量生 产工艺。除电解外，还有其它沉积工艺，包括：蒸发、厚膜印刷、预成形“放置”（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）。 主要优点和应用 ＡｕＳｎ焊料其所以是管芯粘接最适合的材料，是由于它具有一系列特性：热导率 ５７Ｗ／ｍ．Ｋ、管芯粘接温度低于３２０￣Ｃ、在绝大多数情况下无需焊剂、无铅，属于低熔点焊料。 这些特性结合起来使ＡｕＳｎ很适合于多种功率电子学器件应用——器件产生的热量必须从管 芯（通过与封装材料粘接）有效散出。这方面的应用有：无线系统中的ＲＦ功率放大器、光 纤通信中的激光二极管以及雷达和微波通信中所用高频器件。 Ａ－ｕＳｎ材料也有其“缺点”，主要是价格高（按重量比，Ａ－ｕ含量为８０％）达ｌ７美元 ， 所以它只用于某些非用不可的特定场合并且也只能用管芯可经受３００℃以上高温的场合。 ＡｕＳｎ材料科学 ＡｕＳｎ共熔组分是相图上由单相液体凝固为两相固体处。与其它普通电子应用材料（如 ＰｂＳｎ和ＡｕＳｉ）共熔点不同，ＡｕＳｎ系统中两种固相都是金属间化合物而不是金属元素。如 在ＡｕＳｉ系统中，共熔组分熔体固化为元素Ａｕ和元素Ｓｉ的结合体。ＡｕＳｎ则与此相反，共 熔点熔体固化为６相ＡｕＳｎ和毛相Ａｕ Ｓｎ的结合体。 ＡｕＳｎ相图熔组分的这一特点对其与工艺相关的材料性质有一定影响，例如：Ａｕ 和Ｓｎ的热导率分别为３２０Ｗ／ｍ．Ｋ和６７Ｗ／ｍ．Ｋ，而Ａｕ８ｏＳｎ２ｏ（重量比）的热导率仅为５８Ｗ／ｍ．Ｋ， 这是由于金属间化合物的热导率明显低于其组成元素。但Ａｕ 。Ｓｉ２。却与此相反，其热导率为 ｌ９０Ｗ／ｍ．Ｋ。 金属间化合物的结合体也影响ＡｕＳｕ的电学、力学和化学性质，在设计与ＡｕＳｎ相关的 可靠的金属化系统时，必须认真考虑其材料性质。 ＡｕＳｎ沉积技术 根据使用要求，已开发出多种ＡｕＳｎ沉积工艺，计有：ｌ、电子束蒸发Ａｕ和Ｓｎ以形成 Ａｕ／Ｓｎ层状结构；２、ＡｕＳｎ共熔合金的电镀；３、Ａｕ和Ｓｎ电镀以形成Ａｕ／Ｓｎ层；４、用丝网 印刷或调制技术制成ＡｕＳｎ糊膏。选择哪种沉积技术要考虑两个关键因素：沉积过程成本（沉 ６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 现代材料动态 ２００８年第２期 积速度、工具成本）和ＡｕＳｎ材料的高效利用（尽可能减少浪费）。其它要考虑的参数是： 杂质含量、厚度均匀性和制图要求。 １、Ａｕｓｎ的蒸发 在高真空室内，盛放沉积材料的坩埚暴露在电子束中使材料蒸发并沉积到置于坩埚上方 的衬底上。因为蒸发过程并不是高度定向的，故真空室壁上也发生沉积。在电子束下依次旋 转多个坩埚可在同一“行程”中沉积不同材料层。蒸发法的主要优点是沉积速度高，典型 Ａｕ沉积速度为ｌ０ ｕ ｍ／ｓ。这使蒸发法对大衬底的整面金属化很适用：不仅沉积速度高，沉 积也不“指向”特定区域。在沉积过程中，衬底是旋转的，故厚度均匀性很好：直径２００ｍｍ 衬底，厚度变化小于１％。 沉积ＡｕＳｎ最一般的方法是沉积交替的Ａｕ、Ｓｎ层，使其整个组分接近Ａｕ 。Ｓｎ２ｏ。沉积 后，在２００￣５００￣Ｃ之间进行热处理以使Ａｕ和Ｓｎ进行互扩散而得到非常均匀且致密的微结 构。 ２、电镀ｋａ／Ｓｎ多层结构 用电镀沉积金属元素层。为此，让衬底在Ａｕ、Ｓｎ电镀槽之间穿梭移动。沉积结束后， 将该多层结构在低于其共熔温度下（２００～２５０℃）退火以使两元素层很好混合。 电镀的一个优点是能够沉积在导电材料或通过已定图形的光掩模沉积，这就可以充分利 用昂贵的ＡｕＳｎ材料（尤其是要求具有一定图形的ＡｕＳｎ层时）。但电镀层的厚度均匀性只有 ±ｌ０％（网架电镀）和±５％（喷源电镀）。并且很难制备出层厚度为精确的目标厚度：这就 使所得膜的组分偏离其共熔组分，从而导致其键合性能退化。通过更富Ｓｎ（比８０／２０共熔组 分）的组分设置可使这一问题的影响减至最小；因为其熔化温度组分变化在熔点的富Ｓｎ则 更平缓。要选择有机物含量低的电解槽，许多Ｓｎ电解槽过多使用有机添加物作为晶粒“精 炼器”和增白剂，这些有机物沉积到Ｓｎ层中后，会使管芯粘接处破裂。 ３、从单一合金电镀槽电镀Ａ ｓｒｋｏ 目前，只有一家电镀槽供应商生产可直接电镀Ａｕ 。Ｓｎ２。的电镀槽。这种合金槽的一个潜 在优点是解决了控制Ａｕ和Ｓｎ相对厚度的难题，可达到精确的组分。但这种槽比较复杂， 必须严格控制相关参数以保沉积层的组分处于共熔组分。研究表明：温度每变化ｌ℃，引起 组分变化１％～２％（重量比），电流密度波动ｌｍＡ／ｃｍ 则引起组分变化４％（重量比）。另外 Ａｕ浓度必须控制到±０．１５ｇ／Ｌ。 ４、焊膏 对许多应用，沉积ＡｕＳｎ共熔焊料最“便宜”的方法是使用ＡｕＳｎ焊膏。ＡｕＳｎ膏的成 分包括非常精细粉末状金属元素，应用过程中粘接到给定的膏状机械“团”上，也有些焊剂 成分可减少粉末表面上的ＳｎＯ：，如果没有有效焊剂，该氧化物层将妨碍Ａｕ和Ｓｎ粉末之间 的均匀反应。ＡｕＳｎ膏对电子应用的主要缺点是ＡｕＳｎ层中和层周围有些杂质，这些杂质来 源于焊剂残余物、粘结剂和焊剂中的离解产物；这些杂质在管芯键合过程中会使管芯粘接点 周围的元件受到沾污。 （邓志杰摘译） ７
