瑪麗亞·達勒姆（Maria Durham）是銦公司新任半導體與先進組裝材料技術專家，近期針對銦鉛（In/Pb）焊料合金展開研究。本週我們就其研究成果進行了交流。
[安迪·C·麥基：ACM] 哪些銦/鉛焊料合金最為常見？它們的特性為何？
[瑪麗亞·達勒姆：醫學博士] 首先，由於地方環保法規及符合RoHS指令的要求，含鉛(Pb)焊料在某些焊接應用中受到限制，但仍有許多應用仍允許使用。 諸多軍事、航太及工業設備應用，以及與車輛相關的眾多應用皆屬豁免範圍。下表按液相線溫度（非共晶合金中兩熔點值中較高者）列示最常見的銦/鉛（In/Pb）合金（粉色標示）及其特性；藍色標示為三種對照材料。
Indalloy 205是最常用的合金，可能是因為其液相線溫度最接近錫/鉛共晶點（183°C），即63Sn/37Pb（Indalloy 106）。這意味著它可採用標準錫/鉛共晶回流曲線進行回流焊接。 其次常見的合金依序為銦合金7、204及206。除熔點範圍外，銦的熱導率與電導率均與標準材料相當。
[ACM] 銦鉛（In/Pb）焊料為何 如此具吸引力？近期其使用量為何再度回升？
[MD] 銦鉛（In/Pb）焊料合金用於貴金屬表面焊接的主要優勢 在於，其與含錫焊料不同，不會浸出黃金。換言之，黃金在其中幾乎不會溶解。 2011年西岸半導體展（Semicon West）的討論中，加州客戶報告使用Indalloy 205焊料與金表面接觸，經8次模擬回流焊後，焊點強度未減損且無脆化現象。此結果相當令人印象深刻。 需注意，脆化現象通常源於金金屬間化合物形成。研究指出，即使在250°C下，50%銦/50%鉛焊料溶解金的速度仍比63%錫/37%鉛焊料慢13倍——當然，此為動力學研究而非溶解度極限測試。
熔點較高的Indalloy 164（92.5Pb/5In/2.5Ag）在所有銦鉛焊料中具有最低的熱膨脹係數（CTE），能夠承受階梯式焊接應用中常見的高溫波動（此類工藝採用高熔點焊料形成首個焊點，隨後使用熔點次低的合金，依此類推）。 此特性常見於功率電子組裝等應用場景，首階段焊接常採用焊膏、焊線或預成型焊料進行晶片黏著。 其高熔點特性有助於焊料承受引擎控制模組等引擎艙電子元件的運作溫度，此類應用最常採用Indalloy 151（92.5Pb/5Sn/2.5Ag）或Indalloy 163（95.5Pb/2Sn/2.5Ag）焊料。 銦鉛焊料在陶瓷-金屬或陶瓷-陶瓷等高度剛性結構中表現卓越。透過調整銦鉛比例可精確調控固相線/液相線溫度範圍，使合金能輕鬆「對準」特定回流焊接製程需求。
使用銦/鉛焊料的另一項優勢在於其在-55°C至125°C的熱循環環境中展現出優異的抗疲勞性能。測試顯示，50%銦/50%鉛焊料接點的疲勞壽命約為63%錫/37%鉛焊料的100倍。
[ACM] 這些應用中 使用哪些 通量，它們的公式化方式有何不同？
[MD] The fluxes most compatible with the lower melting point (<200°C) indium-containing solders are NC-SMQ-80 (solder paste) or the lower-tack TacFlux® 012 (suitable for use with wire, preforms, and spheres). These are no-clean fluxes, specifically formulated for lower temperature reflow. Under appropriate low temperature reflow these fluxes leave behind benign residues that do not need to be cleaned off (“no-clean” flux), although they are often cleaned off in most practical applications, usually to ensure reliable wirebonds absent of flux spatter.
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[ACM] 瑪麗亞，非常感謝您！
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乾杯安迪
