一、從可靠性的角度出發
現代各類電子元器件引腳(電極)所用基體金屬材料及其特性,以及在基體金屬上所可能采取的各種抗腐蝕性及可焊性保護涂層材料的焊接性能,涂層在儲存過程中發生的物理、化學反應,涂層的成分、致密性、光亮度、雜質含量等對焊接可靠性的影響,從而優選出抗氧化能力、可焊性、防腐蝕性最好的涂層,以及獲得該涂層的最佳工藝條件,是確保焊接互連可靠性的重要因素之一。在現代電子產品中已普遍實現IC、LSI、VLSI化,對其所使用的電極材料越來越重視。
例如,材料的電阻率、熱膨脹系數、高溫下的機械強度、材質和形狀等都必須要細致地考慮。對現代電子工業用的引腳(電極)材料的基本要求是:
●導電性和導熱性要好;
●熱膨脹系數要小;
●機械強度要大;
●拉伸和沖裁等加工性能要好。目前普遍使用的引腳材料可分為Fe-Ni基合金和Cu基合金兩大類。
二、電子元器件引腳用材料對焊接可靠性的影響
1.Fe-Ni基合金1)特征及應用范圍Fe-Ni基合金系中的科瓦合金等品牌,當初是作為玻璃封裝用的合金而開發的。其熱膨脹曲線與IC芯片的Si是近似的,如圖1所示。而且還可將其作為Au-Si系焊接的焊材進行直接焊接。因此,在MOS系列器件中普遍采用它作為引腳材料。Fe-Ni基合金系的代表性合金是42合金,由于它機械強度大,熱膨脹系數小,故廣泛用做陶瓷封裝芯片的電極材料。

圖1
2)常用品牌成分及其特性主要Fe-Ni基合金的特性如表1所示。表1

由于本合金系存在著磁性及電阻率大的特點,故作為引腳材料是其不足之處。因此它專用于功率消耗比較小,產生熱量比較少的MOS類IC器件。
2.銅基合金當電子電路進入到大集成化、高密度組裝化階段,發生在其引腳上的電阻熱已成為不可忽視的問題。因此,廣泛采用導熱性、導電性好及在高溫下機械性能也好的新的Cu基合金替代Fe-Ni基合金,來滿足元器件引腳材料的發展要求,已成為電子元器件業界所關注的問題。由于Cu基合金系導電性和導熱性均好,散熱性也不錯,而且與42合金相比價格上也有優勢,故廣泛應用于塑料封裝芯片中。
3.Cu包不銹鋼引腳材料為了能同時滿足機械強度和散熱性的目的,在日本正在開發以不銹鋼(SUS430系)作為芯材,再在其兩面按10/80/10的比例鍍無氧銅的金屬包層的新的引線框材料。
三、引腳的可焊性涂層對焊接可靠性的影響
1.可焊性表示金屬及其金屬涂層表面對軟釬料的潤濕能力。這種能力通常都是在規定的助焊劑和溫度的條件下,測定熔融焊料在其上的實際潤濕面積和潤濕的最小時間來評估其優劣的。
2.可焊性狀態分類軟釬料在金屬及其金屬涂層上的潤濕狀況可分成下述3種類型。(1)潤濕(Wetting):釬料在基體金屬表面能形成一層均勻、光滑、完整的釬料薄層,如圖2所示。

圖2