金锡合金的特点：

1、焊接温度合适

(1) 金锡共晶焊料处于共晶点位置，熔点为 280℃，焊接温度只需00~310℃，仅比熔点高出20~30℃，

(2) 在焊接过程中，基于合金的共晶成分，很小的过热度就能使合金熔化并润湿器件；另外，金锡共晶合金的凝固过程进行得也很快。

(3) 金锡焊料不能用于高分子聚合物低温封装的元器件

2、高强度

(1) 金锡共晶焊料在室温下的屈服强度很高，即使在250~260℃的温度下，的强度也能够胜任器件气密性要求。用AuSn20 焊料焊接的接头，除具有高的接头强度外，且其接头强度不受热冲击的影响，这也是金锡焊料比其他焊料优越的一个显著特点之一。

(2) 在所列的焊料中，Au80Sn20 的焊接接头剪切强度最高，为47.5MPa，比传统焊料Pb37Sn63 的焊接接头的剪切强度26.7MPa 要高出近一倍。所以选择用Au80Sn20 做封装焊料的电子产品具有很好的寿命和性能可靠性

3、高热导率

(1) 金锡共晶合金焊料的热导系数很高，比常用的某些Sn 基合金、Pb 基合金及Au 基合金低温焊料具有更为优良的热导性

(2) 金锡共晶焊料可以广泛用在芯片焊接领域中，尤其是大功率的芯片，其产生的热流通过金锡焊料传导给热沉，从而形成快速传热通道。

4、低粘滞性

5、抗蠕变性能和抗疲劳性能

6、免助焊剂

(1) 助焊剂可以去除氧化膜，使焊接更可靠，焊点表面更光滑、圆润

(2) 但是助焊剂对金属具有腐蚀作用

(3) 金锡共晶合金焊料中含金80%，所以焊料金属的抗氧化性能优良，在空气中焊接时，材料表面的氧化程度较低，可以得到可靠的焊接接头。对于高可靠性电子器件特别是军用电子器件，在焊接过程中采用真空，或还原性气体如氮气和氢气的混合气，氧化程度则更低，焊接头的质量更可靠

7、对镀金层无铅锡焊料的浸蚀现象

(1) 金锡合金与镀金层的成分接近，因而通过扩散对很薄镀层的浸溶程度很低，同时也没有像银那样的迁徙现象

8、金锡焊料应用：在气密性封装、射频和微波封装、发光二极管、引线绝缘子焊接，以及倒装芯片、激光二极管、３Ｄ 芯片级封装等方面得到广泛的应用

金锗合金在半导体器件中形成欧姆接触的机理

金锗合金可以与化合物半导体形成欧姆接触。一般常用的形成AuGe基欧姆接触的方法为依次将AuGe、Ni、Au蒸镀在GaAs上，并进行合金化处理。在合金化过程中，Ge快速扩散对GaAs进行重n型掺杂，在金属与半导体之间形成电子隧道穿通而不产生势垒。Ni可以增加AuGe合金与GaAs的润湿性，且Ni的表面张力较低可以防止AuGe合金球化并增加其附着力。Au主要起增强导电的作用，并促进Ge与GaAs重掺杂。因此半导体表面呈现高掺杂且势垒高度降低，从而获得AuGe与GaAs的欧姆接触。

 

金锗合金具有适合用作封装材料的性能：

(1) 低的封接温度。金锗合金(共晶合金)熔点为356℃，钎焊温度为380～400℃。

(2) 良好的润湿性及耐腐蚀性。具有良好的流散性和浸润性且对镀金层无浸蚀现象，其合金含88wt％Au，与镀金层的成分接近，因而通过扩散对很薄镀层的浸溶程度很低。

(3) 高的抗拉强度。在室温下的抗拉强度约为220MPa，与一些高温钎料的强度相当，但整个钎焊过程在相对低得多的温度下完成]。

(4) 低的热膨胀系数。电子器件的组装及服役过程中，材料热膨胀系数(CTE)的非匹配是造成封装失效的一个重要原因，因此电子封装材料的热膨胀系数必须足够低，才能与相互连接的硅元件的特性相匹配。金锗合金的CTE (10.3×10-6/℃)比同样用作电子封装的AuSn(16×10-6/℃)和AuSi(13×10-6/℃)的低。

(5) 良好的导热性能。由于微电子器件的高密度化和高速化，必然导致发热量提高，电路工作温度不断上升。因而提高芯片的散热效率，使得电路在正常温度下工作就显得尤为重要。金锗合金的导热系数为44W/m·K，满足微电子封装的使用要求。

金锗合金还具有：

(1) 较低的蒸气压。在熔化温度其蒸气压约为10-7Pa，远低于Ag基焊料；

(2) 比银基合金有更好的耐腐蚀和抗氧化性能；

(3)良好的流散性；

(4) 高温稳定性较好。焊接时一般不形成脆性相，因而焊接强度高。

因此，金锗合金常用在电子产品、电真空器件焊接及高温焊接和某些特殊材料的焊接，在大气或H2气炉中钎焊镀金可伐，镀银铝材，Ag、Cu、Ni、可伐合金等，特别适用于钎焊高真空系统中使用的器件。

缺点是加工有一定难度，成本高。由于AuGe很难加工成片材，一般采用均匀化-热轧工艺可制得0.04～0.3mmAuGe箔材。

 

金-硅共晶焊接过程
是在一定的温度(高于363℃)和一定的压力下，将硅芯片在镀金的载体上轻轻揉动摩擦，擦去界面不稳定的氧化层，芯片的硅与载体上的金紧密接触点首先共熔成液态的金硅合金，由二个固相形成一个液相，进一步扩大硅与金的接触面并共熔，直至整个接触面成液态的金硅合金。然后，当温度低于金硅共熔点(363 cC)时，由液相形成的晶粒形式互相结合成机械混合物金一硅共熔晶体，从而使硅芯片牢固地焊接在载体上，并形成良好的低阻欧姆接触。

 

热应力失效这是一种由机械应力导致的失效。由于其失效的终极表现形式往往是焊接面裂纹或芯片剥裂，因而在这里把它归结为微焊接失效模式之一来加以讨论。微电子器件的焊接界面是由性能各异的一些材料组成，如Si、A1N、A12O3 、BeO、Mo、WCu和可伐等。这些材料的热膨胀系数各不相同，如常用作底座的WCu其膨胀系数比si晶体几乎大3倍。当它们结合在一起时，不同的材料界面间会存在压缩或拉伸应力。器件在工作期间往往要经受热循环，由于芯片和载体的热膨胀系数不同，在热循环过程中焊接面间产生周期性的剪切应力，这些应力将可能聚集在空洞的位置上使焊接层形成裂纹甚至使硅片龟裂，终极导致器件因热疲惫而失效.

金硅共晶焊工艺实施过程注意事项：
1、芯片背面氧化

在预热和焊接过程中si会氧化生成SiO，，这层SiO，会使焊接浸润不均匀，导致焊接强度下降。即使在室温下，si表面也会缓慢氧化。因此，金一硅共晶焊必须在惰性气氛中进行，最好加进部分H 进行还原。芯片的保存也应引起足够的重视，不仅要关注环境的温度和湿度，还应考虑到其将来的可焊性，对于长期不用的芯片应放置在氮气或真空柜中保存。

2、载体镀金层质量的影响

在共晶时，载体的镀金质量与共晶的质量息息相关。金层的厚薄、致密程度以及焊接时能否耐焊接时的高温，都直接影响芯片共晶焊接的可靠性。一般从外观上来看，要求镀金层表面结晶致密呈金的本色，无发红现象，加热后不得变色。当金层疏松或过薄，焊接加热过程中会发红，甚至发灰，就不能形成良好焊接。，镀金层必须达到一定的厚度，焊接时镀金层中的部分金将参与形成金属间化合物(IMC)，

为保证共晶焊的可靠性，确定最佳镀金层的厚度非常重要。因为如果镀金层太薄，绝大部分的金层将参与形成IMC，剩余的金层附着力将大大降低，给共晶焊可靠性带来不利影响；如果镀金层太厚，将会增加成本投入

3．共晶温度

在各工艺参数中，最关键的就是共晶温度的选取。固然Au—si共晶点是363℃，但是由于热量传

递条件和温度测量误差等的影响，以及为了对处于室温的硅芯片在焊接时焊区的热量损失及载体的热

容量进行补偿，焊接温度要高于合金熔点。在焊接导热性较差或热容量较大的载体时，焊接温度要适当提高，预热时间也要加长。但是，焊接温度不宜过高，否则会导致芯片电性能的劣化f如击穿电压下降)和焊接表面氧化等。因此，焊接温度也要根据载体的材料、大小和热容量的不同进行相应调整，必要时监测焊接面的温度。

4、焊接压力
在共晶过程中，在芯片上施加一定的压力，确保芯片与载体之间的均衡接触，使两表面结合生成适量的合金。压力太小或不均匀会使芯片与基片之间产生空隙或虚焊。压力减小后，芯片剪切力强度大幅度下降，而且残留面积会小。但是压力也不能过大，以免碎片或将生成的合金从芯片底部过多地挤出。

5、热应力
热应力引起的失效是一个缓慢的渐变过程，它不易查觉，但危害极大。通常芯片越厚，抗热应力的能力越强，因此芯片不应过薄。另外假如载体与芯片热性能不匹配，也会造成很大的机械应力。焊接前载体可先在200度预热，用于拾取芯片的吸头也可适当加热以减少热冲击。焊接后可以在N2保护气氛下进行缓慢冷却，也可以消除部分应力。