电镀金锡合金的影响因素

林玉敏，彭挺，戴广乾，边方胜

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

金锡合金具有优异的导热性能和机械性能，较低的熔点(280 °C，与Au–Ge、Au–Si相比)和回流温度，熔化后黏度低、润湿性好，焊接无需助焊剂(在真空或N2/H2气氛下进行)等优点[1]，被广泛应用于大功率散热元器件的装配和封装，如LED(发光二极管)、激光二极管、RF(射频)功放、气密封装、三维堆叠等。

如表1所示，与目前应用最广泛的无铅焊料Sn96.5Ag3.5和有铅焊料Sn63Pb37相比，Au80Sn20的热导率最高，拉伸强度和剪切强度是另外2种焊料的数倍，适用于散热要求高和长期可靠性要求高的元器件装配。另外，Au80Sn20的CTE(热膨胀系数)最低，可以作为芯片与金属/陶瓷载板或腔体的过渡层，降低因CTE不匹配而导致的可靠性问题。

表1 3种典型焊料的性能对比Table 1 Comparison in properties between three typical types of solders

金锡合金的制备方法主要包括焊膏回流、焊料预制片、蒸发、交替电镀、合金电镀等。综合考虑成本、工艺难度、与微小尺寸电路兼容性等因素，合金电镀是最优选择。本文主要探讨了影响金锡合金镀层的主要因素，根据XRF(X射线荧光检测仪)的测量结果来调整镀液离子浓度、电流密度、电镀时间等参数，以实现镀层厚度和组分比例的目标值。

1 金锡合金组分比例与熔点的关系

如图1[2]所示，Au与Sn质量分数之比为80∶20时，金锡合金的熔点最低，为278 °C。当合金中锡含量升高时，其熔点缓慢上升，在Sn的质量分数达到38.1%时升至419.3 °C；当合金中锡的质量分数低于20%时，随Sn质量分数下降，其熔点急剧上升，在14.1%时合金熔点达到532 °C。根据合金相图可以估算出当Sn质量分数控制在18% ～ 25%范围内时，合金的熔点为280 ～ 320 °C，此时金锡合金与金属之间的润湿性良好，焊接时易形成稳定的IMC(金属间化合物)层。……