微冶金过程─实现电子元件封装的软钎焊连接的关键工艺
微冶金过程─实现电子元件封装的软钎焊连接的关键工艺
锡基焊料是现代半导体封装和电子封装的重要连接材料。它可以将两个电极的金属面─焊盘，在极短的时间内，快速地连接在一起，可靠地实现两个电极的导电功能，且具有导热的效果。这种连接的实现都离不开一个重要的材料化学与物理的变化，这就是微冶金过程。
锡基焊料的特点就是作为具有较低的熔点软钎焊料，可以在焊盘具有900°C以上熔点的情况下，在<400°C温度段内，在非常小的尺寸空间内，由微冶金过程实现焊盘与焊料之间的化学物理变化，生产新的金属化合物，这个过程是由锡金属的特性决定的。锡金属的熔点为231°C，当它与铅、银、铜等金属形成所谓锡基合金后，具有<231°C的低熔点合金，可以在这个温度231°C以下成为熔融状态。由于锡基金属具有的一个特别的化学性能就是它可以迅速地与铜、镍、银、金等金属元素进行化学反应，生产与之的化合物，这种在半导体和电子封装的工艺过程中，只要将锡基焊料置与两个铜，银、镍金这类的金属电极间，在热能和助焊剂中的化学能作用下，就可以形成一个微冶金过程。使锡基焊料与两个电极上的金属形成金属间化合物，既IMC将两个电极连接在一起。这就是现代半导体封装和电子封装回流工艺的基本原理。同时和大冶金过程一样，我们可以用氮气保护、真空回流等与现代大冶金过程同样的原理来改善微冶金过程的物理状态，达到改善焊点的化学和物理性能的目的，如减少焊点的氧化和空洞，提高焊点的表面光洁度等。
近年来，国际焊料和半导体电子封装业界对微冶金过程有了进一步的认识和新的改进。这就是把焊盘的合金化过程转移到回流焊接这一微冶金过程中进行，使得焊点合金成分和金相结构不是与传统的焊料制造工艺一样即：配制合金（决定合金成分）→成型（制造粉、膏、条、丝）→施焊料（印刷、锡膏、波烽焊冶锡）→加热熔化→冷却形成焊点。
而是通过配制不同的合金（采用两种合金成份）→成型混合（典型的是两种不同的合金成份物理混合）→施焊料（典型的是将混合后的锡膏印在焊盘上）→回流焊接（使微冶金过程实现不同于原始两种合金的新合金或者新的金相结构）→冷却形成焊点。
新的微冶金过程，可以使焊点的金相结构不等于原焊料合金的金属结构，得到一种与原来合金不同的物理化学性能的焊点。如得到新的熔点，使焊料的再熔解温度提高，另一种就是获得在同样的回流温度下得到比原来合金更好的金相结构，从而具有更高的力学强度和可靠性。
深圳市福英达工业技术有限公司经多年研发的低温高强度高可靠性焊料，FL170、FL180、FL200系列焊料就是基于微冶金过程的原理开发的一款新型焊料。这种锡铋焊料在<200°C的回流峰值工艺条件下，可以有效地降低锡铋焊料焊点IMC基附近的富铋层，形成类似于SAC305合金的韧窝合金结构，从而使焊点力学强度和抗跌落性能达到SAC305的80-90%，为半导体和微电子封装的二次回流提供了一种新的低温高可靠性焊料和解决方案。
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