一、序幕

　　可伐合金(Kovar)真的必須鍍上一層金，才能在高真空與快速熱循環(huán)環(huán)境里長(zhǎng)久“滴水不漏”嗎?

　　二、材料底色：為什么選可伐合金

　　熱膨脹系數(shù)匹配

　　可伐合金以約 17 % 的鐵、29 % 的鎳和 54 % 的鈷組成，熱膨脹曲線與硼硅玻璃或氧化鋁陶瓷幾乎重合。封裝件經(jīng)歷從 –196 ℃ 到 400 ℃ 的驟冷驟熱時(shí)，殼體與窗口不會(huì)因伸縮差異產(chǎn)生裂紋。

　　高穩(wěn)定磁性

　　在 200 ℃ 以下保持居里點(diǎn)之上的軟磁狀態(tài)，利于雷達(dá)、航太、晶振等器件屏蔽電磁干擾。

　　可焊性與可封焊性

　　含鐵量適中，既能與玻璃形成致密金屬—氧—硅互擴(kuò)散層，又讓鈷、鎳提供較高強(qiáng)度，成為真空器件的選擇殼體材料。

　　三、為何給可伐合金鍍金

　　抑制氧化

　　可伐裸材在常溫即可生成三價(jià)氧化物，焊接時(shí)一旦破皮，瞬間吸氧變脆;金層惰性高，隔絕空氣，可顯著抑制氧化鍍層起皮。

　　提升可焊性

　　金—錫、金—銦共晶焊料潤(rùn)濕性極佳;在 310 ℃ 左右即可完成硬焊，大幅降低熱沖擊。

　　改善導(dǎo)電與信號(hào)完整性

　　高頻封裝里，金層電阻僅為鎳的二十分之一，信號(hào)爬坡更平滑，對(duì) 5 GHz 以上射頻尤為關(guān)鍵。

　　增加耐腐蝕壽命

　　金層密度 19.32 g/cm3，孔隙率極低，鹽霧 1000 h 仍難滲透，可直接暴露在海洋或酸霧環(huán)境。

　　四、鍍金前處理：決定成敗的隱形步驟

　　酸洗去氧化

　　先用 HCl 與 H?SO? 復(fù)合酸短時(shí)浸泡，浮銹與黑皮剝落即刻轉(zhuǎn)入超純水漂洗，避免酸殘漬。

　　活化退磁

　　設(shè)定 700 ℃ ±10 ℃ 在氫氮混合氣中保溫 15 min，讓晶粒均勻長(zhǎng)大，同時(shí)去除剩余應(yīng)力，保持低磁滯。

　　底層鎳屏蔽

　　采用 8–10 μm 的高磷化學(xué)鍍鎳，既阻擋鐵、鈷元素?cái)U(kuò)散上浮，又為金層提供細(xì)密“錨點(diǎn)”。

　　微粗化與二次清洗

　　混酸微蝕 0.2 μm，配合超聲純水沖洗 180 s，保證表面張力 < 35 mN/m，方可進(jìn)入電鍍槽。

　　五、可伐合金鍍金工藝路線

　　化學(xué)置換金(Flash Au)

　　在 70 ℃ 水浴里，以氰化金鉀作主鹽，3 min 快速置換 0.1 μm 金層，讓后續(xù)電鍍更均勻;此步不需外加電源。

　　光亮硬金電鍍

　　電流密度：0.5–0.8 A/dm2，過(guò)高易產(chǎn)生成束針孔;過(guò)低則結(jié)晶粗糙。

　　溫度：55–60 ℃，溫差超過(guò) 2 ℃ 時(shí)立即循環(huán)過(guò)濾。

　　pH 值：3.8–4.2，使用弱酸鹽緩沖。

　　電鍍 15–20 min，可得 1 μm 厚硬金，硬度 180 HV，滿足鍵合絲拉力。

　　軟金回流

　　在 90 ℃ 純水中短暫退火 10 min，使內(nèi)應(yīng)力釋放、硬金轉(zhuǎn)軟金，硬度降至 90 HV，有利于壓焊。

　　去離子水漂洗+氮?dú)夂娓?/p>

　　最后含水率需 < 500 ppm，否則封焊時(shí)水汽膨脹易沖垮金層。

　　六、品質(zhì)檢測(cè)與失效模式

　　鍍層厚度與均勻度

　　XRF(熒光)抽檢，中心與邊緣差異應(yīng) ≤ 5 %。厚度不足會(huì)導(dǎo)致焊料“吃底”，影響氣密度。

　　附著力

　　一般采用 90° 剝離測(cè)試，剝力 ≥ 7 N/cm。若前處理殘留氯離子，金—鎳界面易長(zhǎng)針狀孔隙，剝離強(qiáng)度驟降。

　　孔隙率

　　紅丹—硫酸鈉腐蝕試驗(yàn) 24 h 后，不得出現(xiàn)紅斑;孔隙過(guò)多將引起晶體震蕩時(shí)“鈷鎳芽”向上生長(zhǎng)。

　　氣密性

　　10?? Pa·m3/s 級(jí)氦檢漏是封裝件批量出廠的硬指標(biāo);金層針孔是最常見(jiàn)泄漏源。

　　七、典型應(yīng)用場(chǎng)景

　　光電 TO-CAN 及激光器封裝

　　鍍金可伐帽與陶瓷基座電焊后，漏率可穩(wěn)定在 10?1? Pa·m3/s 以下，壽命超 25 年。

　　航空航天陀螺與慣導(dǎo)

　　在–55 ℃ 至 125 ℃ 循環(huán) 5000 次后，金層仍不剝落，保證慣性元件長(zhǎng)久穩(wěn)定。

　　射頻同軸連接器

　　鍍金內(nèi)導(dǎo)體表面粗糙度 Ra < 0.08 μm，可把插拔損耗降至 0.03 dB，滿足 40 GHz 以上帶寬。

　　MEMS 壓力傳感器外殼

　　金層屏蔽濕氣，使硅諧振腔零漂 < 1 ppm/年，適用于深井壓力數(shù)據(jù)采集。

　　八、環(huán)保與成本考量

　　氰化物治理

　　采用臭氧氧化+活性炭吸附“雙段法”處理，總氰排放可降至 0.2 mg/L 以下。

　　金鹽回收

　　離子交換樹(shù)脂循環(huán)吸附，回收率接近 98 %，對(duì)批量生產(chǎn)尤為重要。

　　能耗優(yōu)化

　　低電流密度+熱交換余熱回收，年均節(jié)電 12 %。

　　總成本構(gòu)成

　　金層占比最高，約 65 %;鎳底 12 %;能源與環(huán)保 18 %;設(shè)備折舊 5 %。通過(guò)薄鍍+局部加厚技術(shù)可把金耗縮減 20 %。

　　九、技術(shù)前瞻

　　無(wú)氰硬金

　　含硫代硫酸鹽的新型配方在實(shí)驗(yàn)室已測(cè)得 180 HV 硬度，但批量均勻性仍有挑戰(zhàn)。

　　脈沖電鍍

　　通過(guò)方波或階梯波電流可細(xì)化晶粒、減少應(yīng)力，正負(fù)比 3:1 時(shí)耐焊剝離力平均提升一成。

　　激光選擇鍍金

　　采用光束誘導(dǎo)局部沉積，僅在鍵合區(qū)沉金，IC 封裝廠正嘗試把金用量再壓縮一半。

　　真空蒸鍍+電鍍復(fù)合

　　先物理氣相沉積薄金，再加電鍍?cè)龊?兩道工序互補(bǔ)，可降低孔隙率至 0.01 %。

　　可伐合金因其獨(dú)特的熱膨脹匹配與磁性能，在氣密封裝領(lǐng)域無(wú)可替代，而鍍金工藝正是讓它延長(zhǎng)壽命、提升可焊性與電性能的關(guān)鍵一步。從表面預(yù)處理到鍍層檢測(cè)，每一道細(xì)節(jié)都直接關(guān)乎成品的氣密與可靠性。隨著無(wú)氰金與脈沖電鍍等新技術(shù)逐漸成熟，可伐合金鍍金正走向更加綠色、低耗、高性能的升級(jí)道路。想讓封裝器件在極端環(huán)境下仍滴水不漏、一焊即牢，把鍍金工藝做到深處，才是最有確定性的投資。