Изготовление 100-микронных сварных швов с золотым оловом

Изготовление 100-микронных сварных швов с золотым оловом требует высокой точности и контроля процесса. Эта технология широко используется в микроэлектронике и других областях, где необходимы надежные соединения малых размеров. Основные методы включают термокомпрессионную сварку, ультразвуковую сварку и лазерную сварку. Выбор метода зависит от материала подложки и требований к прочности соединения.

Введение в микросварку золотым оловом

Микросварка золотым оловом – это процесс создания соединений между двумя или более компонентами с использованием припоя на основе золота и олова (AuSn). Особенностью является чрезвычайно малый размер создаваемых швов, часто достигающий 100 микрон (μm) и менее. Такие соединения востребованы в областях, где требуются высокая надежность, устойчивость к коррозии и хорошая электропроводность.

Преимущества использования золотого олова в микросварке

• Высокая коррозионная стойкость: Золото и олово, образующие сплав, обладают превосходной устойчивостью к окислению и коррозии, что обеспечивает долговечность соединения.
• Отличная электропроводность: AuSn сплавы демонстрируют низкое электрическое сопротивление, что критически важно для микроэлектроники.
• Превосходная смачиваемость: Сплав золота и олова хорошо смачивает большинство металлических поверхностей, обеспечивая прочное и надежное соединение.
• Низкая температура плавления: Температура плавления эвтектического сплава AuSn (80% Au, 20% Sn) составляет 280°C, что позволяет минимизировать термическое воздействие на компоненты.

Методы изготовления 100-микронных сварных швов с золотым оловом

Для изготовления 100-микронных сварных швов с золотым оловом существует несколько основных методов:

Термокомпрессионная сварка (TCB)

Термокомпрессионная сварка (TCB) - это метод, при котором соединение создается путем одновременного применения тепла и давления. Золотая проволока или лента прижимается к контактной площадке подложки, нагревается и деформируется, образуя прочное соединение.

Преимущества TCB:

• Высокая надежность соединения
• Точный контроль параметров сварки

Недостатки TCB:

• Ограниченная скорость процесса
• Необходимость точного выравнивания компонентов

Ультразвуковая сварка (USW)

Ультразвуковая сварка (USW) использует высокочастотные ультразвуковые колебания для создания соединения. Механическая энергия ультразвука вызывает локальный нагрев и деформацию материала, что приводит к образованию сварного шва.

Преимущества USW:

• Низкая температура процесса
• Возможность сварки разнородных материалов

Недостатки USW:

• Меньшая прочность соединения по сравнению с TCB
• Сложность контроля параметров сварки

Лазерная сварка

Лазерная сварка – это метод, при котором для нагрева и плавления материала используется сфокусированный лазерный луч. Лазерная сварка позволяет создавать узкие и точные сварные швы с минимальной зоной термического воздействия.

Преимущества лазерной сварки:

• Высокая точность и скорость сварки
• Минимальная зона термического воздействия
• Возможность сварки труднодоступных мест

Недостатки лазерной сварки:

• Высокая стоимость оборудования
• Необходимость точной фокусировки лазерного луча

Материалы и оборудование для изготовления 100-микронных сварных швов

Для изготовления 100-микронных сварных швов с золотым оловом необходимо специализированное оборудование и высококачественные материалы:

Припои на основе золотого олова

Наиболее распространенным является эвтектический сплав AuSn (80% Au, 20% Sn). Он поставляется в виде проволоки, ленты, пасты или преформ. Выбор формы припоя зависит от конкретного метода сварки и требований к точности дозирования.

На сайте компании CNA Electronics можно ознакомиться с широким ассортиментом припоев на основе золота и олова для различных применений.

Оборудование для микросварки

К необходимому оборудованию относятся:

• Термокомпрессионные сварочные аппараты: Обеспечивают точный контроль температуры и давления.
• Ультразвуковые сварочные аппараты: Генерируют ультразвуковые колебания необходимой частоты и амплитуды.
• Лазерные сварочные системы: Оснащены прецизионной оптикой для фокусировки лазерного луча.
• Микроскопы и системы визуального контроля: Необходимы для контроля качества сварных швов.
• Системы дозирования припоя: Обеспечивают точное нанесение припоя на контактные площадки.

Применение 100-микронных сварных швов с золотым оловом

Изготовление 100-микронных сварных швов с золотым оловом нашло широкое применение в следующих областях:

Микроэлектроника

Сварка кристаллов полупроводниковых приборов, соединение выводов микросхем, изготовление многослойных керамических плат.

Медицинская техника

Изготовление имплантируемых медицинских устройств, производство датчиков и сенсоров.

Аэрокосмическая промышленность

Соединение компонентов авионики, изготовление датчиков для экстремальных условий.

Оптоэлектроника

Сварка лазерных диодов, соединение оптических волокон.

Контроль качества 100-микронных сварных швов

Контроль качества сварных швов является важным этапом в процессе изготовления 100-микронных сварных швов с золотым оловом. Для оценки качества соединений применяются различные методы:

Визуальный контроль

Осмотр сварных швов под микроскопом для выявления дефектов, таких как трещины, поры, непропаи.

Механические испытания

Испытания на отрыв и сдвиг для определения прочности соединения.

Металлографический анализ

Анализ микроструктуры сварного шва для оценки качества сплава и наличия дефектов.

Рентгеновский контроль

Использование рентгеновского излучения для выявления скрытых дефектов в сварном шве.

Примеры успешного применения технологии

Рассмотрим несколько примеров успешного применения изготовления 100-микронных сварных швов с золотым оловом:

• Производство MEMS-сенсоров: Точное соединение микромеханических элементов с электронными схемами обеспечивает высокую чувствительность и надежность датчиков.
• Изготовление LED-дисплеев: Сварка микроскопических светодиодов с помощью золотого олова позволяет создавать высококачественные изображения с высокой яркостью и контрастностью.
• Сборка многокристальных модулей: Соединение нескольких полупроводниковых кристаллов в одном корпусе с использованием AuSn припоя позволяет создавать компактные и производительные устройства.

Заключение

Изготовление 100-микронных сварных швов с золотым оловом – это сложная, но востребованная технология, обеспечивающая высокую надежность и долговечность соединений в микроэлектронике и других отраслях. Выбор метода сварки, материалов и оборудования зависит от конкретных требований к применению. Тщательный контроль качества на всех этапах производства является залогом получения надежных и долговечных соединений.