一塊看似普通的芯片殼體,因為表層只有幾微米厚的金,卻能在惡劣環境里穩定工作二十年——這種“金”來自可伐合金鍍金。可伐合金本就因與玻璃、陶瓷熱膨脹系數匹配而備受器件制造商青睞,可為什么還要再鍍金?鍍金之后性能到底提升了多少?又該怎樣控制這層薄如蟬翼的金不脫、不裂、不起孔?帶著這些疑問,一起拆解這門被稱作“界面魔術”的技術。
1 從“材料契合”談起
可伐合金的核心特點
Fe-Ni-Co 三元體系,室溫至400 °C 膨脹系數與硼硅玻璃和陶瓷極為接近;磁導率低、強度適中。
界面挑戰
可伐合金表面極易生成致密氧化膜,裸金線焊、鋁線鍵合、電阻焊都會因氧化層而失效。
鍍金需求
金惰性高、潤濕性好,可與焊錫、金錫焊片、金絲快速形成可靠金屬間化合物,是實現真空密封、長期通電的關鍵中介。
2 “分層思維”下的鍍金方案
常見流程不再按傳統“前處理-鎳底-金面”的順序陳列,而按“障礙→對應層”邏輯梳理:
可能障礙 | 對策鍍層 | 作用簡述 |
氧化膜難以活化 | 氯化沸騰酸洗 + 陰極清洗 | 去除氧化鐵鎳鈷,暴露新鮮基體 |
Fe/Ni 與 Au 互擴散 | 磷化鎳或鈀鎳合金 3-5 μm | 形成擴散阻擋層,抑制Kirkendall空洞 |
鎖孔、針孔 | 無氰堿性Au 0.3-0.8 μm | 低內應力,填平微觀凹陷 |
邊緣覆蓋不足 | 滾鍍或選區刷鍍 | 在薄片、引腳轉角處補償電場遮蔽 |
工藝小貼士
鍍前粗糙度若能控制在 Ra ≤ 0.2 μm,可減少金耗約7%。
阻擋層磷含量 8–12 wt% 時擴散系數最低。
熔封玻璃前,180 °C 真空回火 1 h 可排氫,防“鼓泡”。
3 性能躍升,用數據說話
指標 | 鍍金前可伐 | 鍍金后可伐 | 典型測試方法 |
接觸電阻 / mΩ·cm2 | 3.5 | 0.08 | 四探針法 |
鹽霧腐蝕起泡時間 / h | < 24 | > 720 | ASTM B117 |
金絲鍵合拉力 / g | 不可鍵合 | ≥ 8 | MIL-STD-883 |
10-9 Pa · m3/s 氦漏率持續時間 | 6 個月 | 15 年 | 質譜檢漏 |
這些數據揭示:鍍金不僅讓電性、化學穩定性大幅提升,更直接延長器件壽命一個數量級。
4 與鎢銅鍍金的“橫向對照”
維度 | 可伐合金鍍金 | 鎢銅合金鍍金 |
關注焦點 | 氣密封裝、鍵合可靠 | 熱管理、低接觸阻抗 |
難點 | 氧化層去除、熱循環剝落 | 密度大致密性高、鍍層附著 |
鍍層設計 | 鎳(或鈀)阻擋 + 軟金薄層 | 厚鍍金或選擇性無電金 |
典型應用 | 激光器殼體、軍用繼電器、MEMS 蓋板 | 大功率微波散熱基板、天線饋源 |
由此可見,可伐在“封裝氣密 + 可焊 + 長壽命”三重目標上優勢明顯,而鎢銅則偏向“熱-電導一體化”賽道。
5 制造現場的“卡脖子”瞬間
陰陽極面積比失衡:引線框架密排鏤空,陽極電流集中易燒焦晶種,解決辦法是掛具加陰極輔助片。
上錫漂移:爐溫偏高導致阻擋層局部熔蝕,錫料順孔攀升,引發短路;需降低預熱段溫度并縮短保溫時間。
金層微裂:可伐件過水冷卻速度過快,熱應力瞬間釋放,在 40× 微顯下可見“魚鱗紋”;緩冷+后烘可消除。
6 成本與環保的平衡術
金耗控制:采用
CID(電流密度梯度)監控 + 視覺終點判斷,平均節金 12%。
無氰替代:近年來三羧酸鹽-硫代硫酸鹽體系已實現批量應用,氰根排放降低 98%。
循環回收:剝金液-置換粉雙循環,一公斤陰極金可回收約 960 g。
7 未來走向三大關鍵詞
區域選擇性:只在焊區、鍵合區保留金,其余用鎳/錫封裝,可伐殼體金用量預計再降 40%。
納米復合阻擋:Ni-Mo-P 納米晶+無定形共存結構,900 °C/30 min 互擴散深度< 50 nm。
數字孿生鍍槽:實時監測陰極電流密度分布,模擬-修正-反饋閉環,缺陷率降至 500 ppm 以下。
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