氧化敏感性極高:銦元素在空氣中瞬間形成氧化銦膜,普通氮氣保護(hù)(O?<100ppm)根本不足以阻隔氧化。必須采用真空環(huán)境(≤1Pa)或還原性氣氛(如甲酸蒸氣)破除氧化層。
流動性差異大:與SnAgCu焊料不同,In52Sn48在液相線附近黏度高,若升溫速率過快,易導(dǎo)致焊料“球化”而非鋪展。建議采用多段升溫+保溫平臺,使焊料充分熔融并排出氣體。
空洞成因復(fù)雜:除了氧化殘留,In52Sn48焊接空洞多來自溶劑揮發(fā)(焊膏形態(tài))或基板/芯片表面的吸附水汽。預(yù)烘烤(120℃/2h)是必備前置工藝。
空洞率檢測:X射線(2D/3D)需定期校準(zhǔn),建議參照IPC-7095A標(biāo)準(zhǔn),臨界空洞尺寸≤50μm(高頻/高功率場景要求更嚴(yán));
熱疲勞測試:-55℃?125℃循環(huán)1000次后,觀察焊點裂紋擴展情況;
剪切強度:參照J(rèn)-STD-002,焊點剪切力應(yīng)≥25MPa(芯片尺寸≤5mm2);
成分分析:SEM/EDS檢測焊點界面IMC厚度,In52Sn48的IMC層宜控制在1-3μm,過厚則脆性增加。
“90%的工程師以為選對焊片就萬事大吉,卻不知真空度差1個數(shù)量級,空洞率直接飆到15%!”
——來自軍工單位客戶的真實反饋,國產(chǎn)真空共晶爐的工藝突破,從來不只是焊料本身的問題。
某研究所高工曾反饋:“用了In52Sn48焊片,參數(shù)調(diào)了三個月,X光一照空洞率依舊超過10%,差點耽誤型號進(jìn)度。后來換了極限真空0.6Pa的設(shè)備+優(yōu)化氣氛控制,三天就把空洞率干到1%以下?!?br/>這背后,其實是工藝、設(shè)備、材料三者的系統(tǒng)協(xié)同——而大多數(shù)人,只盯著焊片成分。
一、材料特性決定工藝窗口:In52Sn48不是“插電即用”型焊料
In52Sn48(銦52%-錫48%)共晶焊片的熔點為118℃,低溫特性使其廣泛應(yīng)用于光器件、MEMS和高頻模塊封裝。但它的特殊性在于:
- 關(guān)鍵點:焊片成分只是起點,工藝必須匹配材料特性——高真空、慢升溫、強還原,三者缺一不可。
二、設(shè)備能力直接決定焊接上限:別再讓普通回流焊“背鍋”
許多用戶反饋:“同一批In52Sn48焊片,在進(jìn)口設(shè)備上空洞率<3%,換國產(chǎn)機就飆升到10%以上。”
問題核心往往不在焊片,而在于設(shè)備四項關(guān)鍵能力:
極限真空度與抽速
In52Sn48焊接要求真空度≤1Pa(最佳≤0.01Pa),且需在120s內(nèi)快速達(dá)成目標(biāo)真空。若設(shè)備真空泵組配置不足(如僅用旋片泵),抽速慢會導(dǎo)致焊料在氧化環(huán)境中過度預(yù)熱。
案例:某光通信企業(yè)采用極限真空0.6Pa的TORCH真空共晶爐,將In52Sn48焊片空洞率穩(wěn)定控制在≤1.5%。
氣氛控制精度
若采用甲酸還原工藝,需精確控制甲酸蒸氣濃度(通常200-500ppm)、注入時機(預(yù)熱段末端)和排氣效率。濃度過低則還原不足,過高則殘留腐蝕風(fēng)險。
溫控均勻性與穩(wěn)定性
In52Sn48共晶窗口窄(118±3℃),要求工作區(qū)溫差≤±1℃。普通回流焊的熱風(fēng)循環(huán)模式易導(dǎo)致局部過熱,引發(fā)焊料飛濺或成分偏析。
真空與溫度的協(xié)同邏輯
高端設(shè)備支持“真空-溫度-氣氛”多參數(shù)編程。例如:先抽低真空(100Pa)預(yù)除氧→注入甲酸→升溫至90℃保溫→抽高真空(1Pa)→熔融焊接。這種動態(tài)工藝鏈?zhǔn)鞘止げ僮鳠o法實現(xiàn)的。
三、工藝參數(shù)精細(xì)化:一張表搞定In52Sn48焊接曲線
根據(jù)軍工、光通信領(lǐng)域的量產(chǎn)數(shù)據(jù),推薦以下工藝框架(需根據(jù)具體產(chǎn)品微調(diào)):
階段
溫度(℃)
時間(s)
真空度(Pa)
氣氛條件
作用
預(yù)熱除氧
80-90
60-120
1→0.1
甲酸200ppm
去除吸附氣體
快速升溫
90→115
30-40
≤0.6
保持甲酸
避免氧化
共晶保溫
118±2
60-90
≤1
停止甲酸,高真空
熔融鋪展,空洞逸出
冷卻
118→60
酌情控制
恢復(fù)常壓
高純氮氣
抑制二次氧化
?? 注意:若使用焊膏形態(tài),需額外增加“溶劑揮發(fā)段”(80-100℃/120s),并將保溫時間延長30%。
四、可靠性驗證:別等產(chǎn)品失效才追溯數(shù)據(jù)
In52Sn48焊接的終極考驗是長期可靠性,尤其針對軍工場景:
個人思考
深耕封裝焊接26年,我越發(fā)意識到:封裝工藝的本質(zhì)是“系統(tǒng)博弈”。
焊片、設(shè)備、參數(shù)、檢測——如同齒輪咬合,任一環(huán)節(jié)的偏差都會放大為系統(tǒng)風(fēng)險。
尤其在國產(chǎn)化替代浪潮下,我們既要突破設(shè)備極限(如將真空度做到10??Pa級),也要沉下來打磨工藝細(xì)節(jié)。
高可靠封裝沒有“一招鮮”,只有對細(xì)節(jié)的偏執(zhí)。
價值升華
In52Sn48焊片低溫焊接的完美實現(xiàn),標(biāo)志著中國在高可靠封裝領(lǐng)域已從“模仿跟隨”走向“參數(shù)超越”。
選擇匹配的工藝與設(shè)備,不僅是技術(shù)決策,更是戰(zhàn)略投資。
“好真空,同志造”,從來不只是口號,而是每一個細(xì)節(jié)的極致落實。
真空老趙持續(xù)輸出真空共晶封裝及先進(jìn)封裝設(shè)備和工藝優(yōu)化干貨,喜歡可以點個關(guān)注,收藏、轉(zhuǎn)發(fā)。
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