認(rèn)識(shí)陶瓷線路板之金錫合金工藝

認(rèn)識(shí)陶瓷線路板之金錫合金工藝

什么是金錫或金錫合金？

從 38°C 的極低熔點(diǎn)到超過 1000°C 的極高釬焊熔點(diǎn)，實(shí)際上有數(shù)百種焊料合金可供選擇。然而，有一種合金特別突出，并且最常被大多數(shù)用戶用于芯片連接和蓋子密封應(yīng)用。這種合金是金錫合金，按質(zhì)量計(jì)含有 80% 的金 (Au) 和 20% 的錫 (Sn)，是一種共晶合金，這意味著熔點(diǎn)與固點(diǎn) (278°C相同。金錫是微電子行業(yè)用于芯片連接和蓋子密封的主力。 

上圖銀色為金錫合金

為什么金錫要求金和錫的質(zhì)量比

錫含量為 18% 時(shí)，熔點(diǎn)升至 370°C ，錫含量為 17% 時(shí)，熔點(diǎn)升至 400°C

（圖片來源于百度百科）

常見的金錫合金材料有哪些？各自優(yōu)劣勢對(duì)比？

金錫墊片、金錫焊料和金錫合金薄膜都是用于半導(dǎo)體激光器封裝中實(shí)現(xiàn)金錫合金的材料或工藝。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，其主要區(qū)別在于其材料形態(tài)和工藝應(yīng)用。

金錫合金薄膜制備工藝有哪幾種？優(yōu)劣勢對(duì)比？

包括真空蒸鍍和電鍍金錫兩種工藝。

過渡層

通常需要先在基材表面沉積過渡層，以提高金錫合金層的附著力和穩(wěn)定性。常用的過渡層材料包括鉻、鉬、鈦、銅等，這些材料的選擇取決于基材材料和金錫合金材料。例如，在氮化鎵基材上沉積金錫合金層時(shí)，通常需要先沉積鉻或鈦?zhàn)鳛檫^渡層，以提高金錫合金層的附著力和穩(wěn)定性。

蒸發(fā)鍍溫度

一般在170°C到400°C之間。溫度過高可能會(huì)導(dǎo)致金錫合金熔化或與襯底反應(yīng)，影響器件性能；溫度過低可能會(huì)導(dǎo)致金錫合金的結(jié)晶度不足，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和電學(xué)性能。

蒸發(fā)鍍金錫合金薄膜前清洗工藝流程 

1.超聲波清洗：將熱沉片放入超聲波清洗器中，使用去離子水或有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，去除表面的有機(jī)污染物和粉塵等雜質(zhì)。清洗時(shí)間和溫度取決于具體清洗溶劑和清洗要求，一般在幾分鐘到半小時(shí)之間。

2.酸洗：將熱沉片放入酸性清洗液中，如鹽酸、硝酸等，去除表面的氧化物和金屬離子等雜質(zhì)。酸洗時(shí)間和溫度也取決于具體的清洗液和清洗要求，一般在幾分鐘到數(shù)小時(shí)之間。

3.去離子水清洗：將熱沉片放入去離子水中，徹底清洗掉表面的酸性清洗液和金屬離子殘留。清洗時(shí)間和溫度根據(jù)具體要求，一般在幾分鐘到半小時(shí)之間。

4.烘干：將清洗好的熱沉片放入烘箱中，去除表面的水分和殘留的溶劑，通常在100℃到170℃之間烘干數(shù)分鐘。

清洗設(shè)備通常是超聲波清洗器和酸洗槽，清洗液根據(jù)具體要求可選擇有機(jī)溶劑或酸性溶液，溫度根據(jù)清洗液選擇，一般在室溫到70℃之間。

蒸發(fā)鍍金錫合金薄膜后退火工藝流程 

進(jìn)行退火處理以改善其結(jié)晶度、提高粘附力、減少氫氣的殘留等。退火的工藝流程通常如下：

1.將沉積好的金錫合金薄膜樣品放入退火爐中，并排除爐內(nèi)空氣，建立真空環(huán)境。

2.將樣品加熱至一定溫度，通常在170℃到400℃之間，退火時(shí)間通常為幾十分鐘到數(shù)小時(shí)不等。在這個(gè)過程中，金錫合金薄膜中的金屬原子和錫原子將重新排列，使其結(jié)晶度提高，并減少氫氣的殘留。

3.在退火結(jié)束后，將樣品從爐子中取出，冷卻至室溫。退火后的金錫合金薄膜將具有更好的晶體結(jié)構(gòu)，更好的表面平整度和更高的粘附力，從而有助于提高半導(dǎo)體激光器的性能。

退火通常采用的設(shè)備是退火爐，可以根據(jù)具體要求選擇不同類型的爐子，如氣氛爐、真空爐等。

金錫合金薄膜圖形化是怎么做出來的 

2種方法，一是用光刻技術(shù)，一是用掩膜版

方法一：用光刻技術(shù)的工藝流程：

光刻膠涂覆：將光刻膠涂覆在熱沉片表面，形成一層光刻膠膜。

硬烤：將光刻膠進(jìn)行硬烤，使其形成穩(wěn)定的圖形化形態(tài)。

曝光：將光刻膠膜曝光，根據(jù)需要的圖形進(jìn)行曝光。

顯影：用顯影液將未曝光的光刻膠溶解掉，形成所需的光刻膠模板。

金錫合金薄膜沉積：將金錫合金沉積到光刻膠模板上，形成所需的金錫合金膜。

（通常在200℃左右，光刻膠耐得�。�

剝離：用相應(yīng)的溶劑將光刻膠模板剝離，形成最終所需的金錫合金薄膜圖形。

這個(gè)過程需要使用一系列的設(shè)備和化學(xué)藥劑，包括光刻機(jī)、烤箱、顯影儀、溶劑等。

方法二：掩膜版

將掩膜與待加工物件緊密結(jié)合，使得掩膜上所呈現(xiàn)出來的圖形能夠準(zhǔn)確地復(fù)制到待加工物件上。優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡單，成本低，適用于較大的加工區(qū)域；缺點(diǎn)是掩膜加工周期長，一般需要使用光刻工藝制備掩膜，并且難以實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖形化。掩膜版的材質(zhì)常見的有石英、玻璃、金屬、聚合物等

沉積金錫合金薄膜的時(shí)間會(huì)因設(shè)備不同而有所差異，一般在數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘不等。真空度則通常在10^-7 Torr左右，這有助于避免空氣中的雜質(zhì)對(duì)沉積過程的干擾。

沉積金錫合金薄膜后，有哪些檢驗(yàn)手段

掃描電子顯微鏡（SEM）觀察：通過SEM可以觀察薄膜的表面形貌和厚度，以及薄膜與基材結(jié)合情況。

X射線衍射（XRD）分析：通過XRD可以確定金錫合金的晶體結(jié)構(gòu)和晶面取向，以及薄膜中可能存在的雜相和缺陷等。

X射線熒光光譜（XRF）分析：通過XRF可以檢測金錫合金薄膜中各元素的含量和比例，以確定薄膜的組成。

薄膜厚度測試：可以使用薄膜厚度儀等儀器來測量薄膜的厚度，以確保薄膜符合要求。

剝離測試：使用黏度計(jì)等儀器來測試金錫合金薄膜與基材的結(jié)合力，以確保薄膜牢固地附著在基材上。

金錫合金陶瓷線路板目前最有實(shí)力的前十位公司如下：

NGK火花塞有限公司、庫爾斯特克公司、京瓷公司、馬魯瓦有限公司、太洋集團(tuán)有限公司、村田制造有限公司、TDK公司、羅杰斯公司、三星機(jī)電公司股份有限公司、賀利氏控股有限公司。

其中，NGK火花塞有限公司. 和 庫爾斯特克公司.是市場占有率較高的公司，分別占據(jù)了市場份額的30%-40%。

 市場規(guī)模

根據(jù)市場調(diào)研數(shù)據(jù)分析，2019年全球金錫合金陶瓷線路板市場規(guī)模約為15億美元。隨著電子產(chǎn)品的普及和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，市場規(guī)模預(yù)計(jì)將會(huì)增加。2025年市場規(guī)模預(yù)計(jì)增至20億美元，年復(fù)合增長率為4.2%。

 行業(yè)趨勢

（1）Miniaturization and High Frequency

隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品不斷小型化和向高頻高速方向邁進(jìn)，這就對(duì)于金錫合金陶瓷線路板的設(shè)計(jì)和制造提出了更高的要求。未來金錫合金陶瓷線路板需要具備高品質(zhì)、高集成度、低失真等多項(xiàng)特性，以滿足市場需求。

（2）5G

5G通信技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，對(duì)于高速陶瓷線路板的需求也越來越大。金錫合金陶瓷線路板具備優(yōu)秀的射頻性能和高集成度，因此在5G通信設(shè)備的制造中，也會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

（3）環(huán)保

現(xiàn)在市場對(duì)于環(huán)保的需求越來越高，金錫合金陶瓷線路板在生產(chǎn)和使用中，也需要更加注重環(huán)保和節(jié)能。因此，在生產(chǎn)過程中采用環(huán)保材料和技術(shù)，大力推廣綠色生產(chǎn)和綠色使用的理念，將成為未來發(fā)展的趨勢之一。

 應(yīng)用場景

金錫合金陶瓷線路板被廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域： 通信、 電子、 航空航天、 汽車工業(yè)等

以上領(lǐng)域中，通信是金錫合金陶瓷線路板的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

金錫合金陶瓷線路板的主要競爭對(duì)手是NGK Spark Plug Co., Ltd.和CoorsTek, Inc.，市場規(guī)模預(yù)計(jì)將會(huì)增加。未來金錫合金陶瓷線路板需要具備高品質(zhì)、高集成度、低失真等多項(xiàng)特性，以滿足市場需求。金錫合金陶瓷線路板的主要應(yīng)用領(lǐng)域是通信領(lǐng)域。