现代电子技术是当今世界的核心，为从智能手机、电动汽车到关键医疗设备等一切事物提供动力。这些先进产品的可靠性 取决于其内部连接的质量，而焊接在此过程中起着至关重要的作用。然而，该工艺中一个长期存在的挑战是焊点内部会形成微小的空隙，即 所谓的“空洞”。
这些缺陷 会影响性能，并导致过早失效。铟泰公司 的一项开创性研究揭示了一项旨在减少焊点空洞的创新助焊剂技术，为可靠性 树立了新标准。
焊接中空洞的问题
不妨将焊接视为将两块金属元器件 粘合在一起。现在，试想气泡被困在该接合处的情形。在焊接过程中，空洞率 对电力电子设备热性能的影响是显著的。
在回流 之后，焊点上出现的微小间隙听起来似乎微不足道。然而，当加热熔化焊料以形成永久性连接时，即使是微小的间隙也会导致严重问题，包括：
- 散热性能差：气孔不仅会减少散热片的有效散热面积，还会在组装过程中引入空气（一种热绝缘体）。气孔会阻碍热量的传递，从而妨碍高效散热。这可能会导致热点形成、降低元器件效率，并引发过热。
- 机械强度降低：焊点中的间隙会减少金属间结合面积，削弱物理结合力，导致器件更容易因应力或振动而发生故障。
- 信号完整性问题：在高频应用 中，空洞可能会干扰电信号，从而降低器件的性能和可靠性 。
图1. 涂覆新型助焊剂的焊片 的效能
在数据中心、无线电天线以及功率器件 所用的高性能电子设备中，减少焊点空隙尤为重要，因为即使是微小的空隙也会干扰热传导，并随着时间的推移削弱焊点的强度。在航空航天设备和医疗技术等关键应用 中，可靠性 至关重要，且故障绝不可可接受 。减少空隙有助于确保性能稳定、散热有效以及长期耐用性。
一种减少空隙的创新方法
铟泰公司 的研究人员致力于探究焊点 在回流过程中产生空洞的原因，并通过开发新一代预成型助焊剂技术来解决这一问题。 预成型助焊剂涂覆于焊料焊片 ——即为特定组装而塑形的扁平实心焊料块——其作用是清洁并预处理表面，以便进行焊接层 。该项目的目标是开发出适用于低空洞率 焊料焊片 的最佳助焊剂，从而在不产生性能折衷的情况下提升焊点质量。为验证其性能，研究团队进行了一系列严格的实验。
深入探讨研究方法
该研究在各种条件下将新型磁通与现行一代产品进行了对比，以检验其在减少气孔方面的有效性。
测试参数
实验中使用了三种不同的焊料合金，以涵盖以下范围：应用 ：
- SAC305：一种标准且广泛使用的无铅合金
- Indalloy®301LT：一种适用于温度敏感应用的低熔点合金 应用
- 高纯铟（In99.99）：一种以卓越性能著称的合金 热管理
对这些合金在具有常见表面处理的基材上进行了测试，包括无电镀镍浸渍处理金（Au） （ENIG（镀镍浸金） ）、有机可焊性 防腐处理（OSP ）以及浸银 与铜的混合处理。
实验条件
通过控制回流温度曲线和气氛等参数，研究人员确保了比较的公平性。在完成回流 后，他们利用X射线成像技术对样品进行分析，以测量按面积计算的总气孔率，并确定每个焊点中最大的单个气孔。
主要发现
测试结果表明，新一代助焊剂技术在所有测试场景中均显著优于其前代产品。这标志着焊接技术取得了重大进步可靠性 ，具体表现为：
1. 孔隙率大幅降低
在测试的每种合金 中，新型助焊剂都显著降低了气孔率：
- SAC305：平均空洞率 百分比降低了28%
图2. 采用SAC305焊片 并基于ENIG（镀镍浸金） 基板的空洞率 性能表现
- 301LT： 空洞率 下降了超过 46%
图3. 采用Indalloy®301LT焊片 涂层与ENIG（镀镍浸金） 基材的空洞率 性能
- 纯铟：效果最为显著，空隙率降低了67%
图4. 采用99.99%铟的焊片 材料，在ENIG（镀镍浸金） 衬底上制备的空洞率 器件的性能
基于面积的X射线焊点分析所测得的空隙率证实了这一结果，显示使用新型助焊剂制成的焊点中，空隙数量远少且尺寸更小。
2. 气温降低带来的意外影响
最有趣的发现之一是，即使在较低的回流温度下，该助焊剂也能始终如一地保持卓越的性能。这为更节能的生产开辟了道路，因为较低的热量不仅能降低功耗，还能最大限度地减轻对敏感元件元器件 的热应力。
3. 在……方面绝不妥协焊点强度
人们对新材料的一个普遍担忧是，它们是否为了提升某项性能而牺牲了另一项性能。该研究通过考察金属间化合物化合物 （IMC）的厚度并进行机械强度测试，对此问题进行了探讨。IMC层对于形成牢固的结合至关重要，测试结果表明，这种新型助焊剂能够形成更洁净更多 且高效的结合，同时不会削弱其强度。
剪切强度 次循环测试证实了这些结果，表明接头的机械耐久性未出现下降。接合处始终保持着强劲的强度，满足了实际应用中的应用 要求。
这对电子行业意味着什么
这项创新对依赖高性能焊接技术的制造商和工程师 具有深远的影响。
- 高可靠性 ：空隙率越低，电子产品就越耐用、越可靠元器件 。这意味着产品故障更少、使用寿命更长，且所有应用 的长期性能均得到提升。
- 节能与降本：在较低温度下就能获得更佳效果，这使制造商能够降低能耗。这不仅降低了运营成本，还有助于推动更可持续、更环保的生产流程。
- 多功能应用 ：这种新型助焊剂在多种焊料合金和表面处理工艺中均表现出色。其适应性有助于简化制造供应链，减少对多种专用材料的需求。
图5. 证明最佳结果的热分布示例
焊接技术的未来
这款新一代预成型件助焊剂的研发不仅仅是一次渐进式的改进，更是焊接科学领域的一次重大飞跃。通过解决减少气孔这一根本性难题，该技术为未来的电子产品奠定了更坚实的基础。
随着这些研究成果从实验室走向生产线，制造商将能够提升产品性能、减少保修索赔，并制造出更坚固耐用的设备。对于将可靠性 视为重中之重的行业而言，这一进步至关重要。这项研究为未来奠定了基础，届时电子设备将更加高效、可靠，并能够满足现代生活日益增长的需求。如果您想了解更多信息，请点击此处与专家咨询。
