當工程師將金屬TIM設計成雷射二極體堆疊時，蠕變 (Creep) 這個字眼是工程師不願意聽到的。但是蠕變真的是一個問題嗎？當談到铟時，我們真的了解蠕變嗎？答案是相對的。附上我所做的典型二極體堆疊圖。這可能是雷射應用或LED應用。Die Attach 層通常使用高溫焊錫或銀填充環氧樹脂。铟可以用在这个层次吗？答案是可以，但前提是結點的溫度必須遠離純铟的熔點（156℃）。軟性焊料就是軟性焊料，在模具附件中，有些客戶在此層級使用铟，但它不像其他高溫焊料（如 AuSn、Sac 合金或 SnAg）那麼普遍。填充銀的環氧樹脂確實越來越好，但其導電性及其製程仍存在一些問題。當使用焊錫作為裸片附件時，裸片本身可能會在回流過程中浮起或移動。在這種情況下，可以使用某種機制在回流期間將其固定到位，以確保其對齊完美。因此，要回答這個問題，焊錫可以用於此應用中的裸片固定，但所選擇的合金將真正決定它的有效性和可靠性。
在 TIM2（熱介面材料等級 2）的情況下，這裡還有一些考慮因素。首先假設我們要在此層級進行回流焊。在散熱器層級使用銅不會有問題，但在散熱器/水槽層級使用鎳就會有問題。鋁也會有問題。問題在於這些材料難以焊接，但還是可以做到的。可以使用 IndiumsRSA或 3 號助焊劑等高活性助焊劑來破壞將會出現的氧化層。然而，在表面鍍上一層金將有助於確保焊接的有效性。Indium 建議金的厚度不要超過 50 微英寸，而且建議越薄越好，通常 10 微英寸就可以了。铟元素实际上会溶解金，或者金会扩散到铟中。在焊接過程中，會形成铟/金的金屬間層。這是一層脆性層，如果使用過多的金，可能會導致可靠性問題和接點開裂。所以回到我們最初的問題；為什麼您要在這裡使用铟，您可以在這裡使用铟嗎？這是最常發生铟蠕變問題的地方。然而，蠕變是可以接受的。铟不会蠕变到像泵出或像玩偶一样的程度。蠕變的程度與施加在其上的壓力有關，即：CTE移動或夾緊時的直接壓力，以及介面的溫度。如果結點溫度低於熔點的 20 度，並允許一些移動，例如在LED應用中，這是可以接受的。然而，在雷射應用中，Indium Corporation 通常會建議我們不要使用此層級的純铟，而應選擇铟銀或錫銀等合金。合金中加入的銀越多，材料就越硬。考慮到這一點。純铟的導電率為 86W/mk，MP=156C 共晶，錫強度為 273 psi。如果加入 3% 銀，則 MP 會升至 143C Eutectic，傳導率會下降至 73，但鍍層強度則會升至 800 psi。更棒的是，加入 10% 銀，MP 從 143C 塑化至 237C，傳導率下降至 67，但張力則上升至 1650 psi。再考慮一下 SnAg，其熔點為 221C，傳導率為 33W/mk，拉伸強度為 5800 psi。哪種材料最適合您的應用？答案就在於您能接受的程度，如果CTE是個問題，就選用較少的銀；如果溫度是個問題，就選用無铟的產品；如果傳導率是個問題，就選用高铟的產品。
當考慮 TIM2 層級的可壓縮金屬時，現在的問題是您有多少壓力、結合點的溫度以及表面的平面度。很明顯，有了可壓縮介面，您就不再需要任何金，而铟與鎳直接接觸也不會有任何問題。然而，銅與铟可能會隨著時間的推移而形成金屬間化合物；但是銅上的氧化層通常會防止這種情況發生。事實上，在我們的熱實驗室中，只有在 125C 以上的溫度下烘烤模組超過 1000 小時時，我們才會看到這種現象。即便如此，這種現象也只是名義上的。如果您不相信您會在建造 4-5 年後重新加工介面，我會說這不是問題，事實上它會改善熱性能和可靠性。在 1-2 年內返修也不會有問題。我們的許多客戶已經在此層級使用铟作為可壓縮介面，但很少有人知道如果轉換為 Heat-Spring ™，實際上可以提高性能。Heat-Spring 是一種專利製程，如果壓力至少達到 50 psi，我們就可以降低金屬的接觸電阻。這可讓堆疊層使用較薄的接合線厚度，並改善金屬熱交介面的熱績效。那麼這個介面的蠕變情況又如何呢？同樣地，改變合金可以消除發生這種情況的機會，但從標準铟平面箔轉換為熱彈簧會進一步降低這些機會，因為如果您使用熱彈簧，您的結合線通常會顯著減少。(平均約 0.003 吋）。
總而言之，使用金屬熱感介面或 Die Attach Solder 時需要考慮的事項如下：
- 介面的工作溫度是多少？
- 此溫度是否太接近金屬熱敏介面的熔點？
- 裝置是否能承受較高溫焊錫的回流溫度，例如金錫或錫銀
- 介面的熱性能是否是一個問題，因此如果您透過降低铟含量來改變金屬熱介質的傳導率，是否會損害整個堆疊層的傳導率？例如從 86w/mK 降到 67w/mK。
- 蠕變真的是一個問題嗎？如果您的裝置可以接受輕微的移動，那麼使用铟就沒有問題。如果輕微的問題也會造成問題，建議使用铟合金而非純铟。
最後，Indium Corporation 是來幫助您的。請參閱我們的網站以獲得更多資訊，包括我們的合金電子清單，以協助您選擇最佳的金屬熱介界面材料。
