一块看似普通的芯片壳体,因为表层只有几微米厚的金,却能在恶劣环境里稳定工作二十年——这种“金”来自可伐合金镀金。可伐合金本就因与玻璃、陶瓷热膨胀系数匹配而备受器件制造商青睐,可为什么还要再镀金?镀金之后性能到底提升了多少?又该怎样控制这层薄如蝉翼的金不脱、不裂、不起孔?带着这些疑问,一起拆解这门被称作“界面魔术”的技术。
1 从“材料契合”谈起
可伐合金的核心特点
Fe-Ni-Co 三元体系,室温至400 °C 膨胀系数与硼硅玻璃和陶瓷极为接近;磁导率低、强度适中。
界面挑战
可伐合金表面极易生成致密氧化膜,裸金线焊、铝线键合、电阻焊都会因氧化层而失效。
镀金需求
金惰性高、润湿性好,可与焊锡、金锡焊片、金丝快速形成可靠金属间化合物,是实现真空密封、长期通电的关键中介。
2 “分层思维”下的镀金方案
常见流程不再按传统“前处理-镍底-金面”的顺序陈列,而按“障碍→对应层”逻辑梳理:
可能障碍 | 对策镀层 | 作用简述 |
氧化膜难以活化 | 氯化沸腾酸洗 + 阴极清洗 | 去除氧化铁镍钴,暴露新鲜基体 |
Fe/Ni 与 Au 互扩散 | 磷化镍或钯镍合金 3-5 µm | 形成扩散阻挡层,抑制Kirkendall空洞 |
锁孔、针孔 | 无氰碱性Au 0.3-0.8 µm | 低内应力,填平微观凹陷 |
边缘覆盖不足 | 滚镀或选区刷镀 | 在薄片、引脚转角处补偿电场遮蔽 |
工艺小贴士
镀前粗糙度若能控制在 Ra ≤ 0.2 µm,可减少金耗约7%。
阻挡层磷含量 8–12 wt% 时扩散系数最低。
熔封玻璃前,180 °C 真空回火 1 h 可排氢,防“鼓泡”。
3 性能跃升,用数据说话
指标 | 镀金前可伐 | 镀金后可伐 | 典型测试方法 |
接触电阻 / mΩ·cm² | 3.5 | 0.08 | 四探针法 |
盐雾腐蚀起泡时间 / h | < 24 | > 720 | ASTM B117 |
金丝键合拉力 / g | 不可键合 | ≥ 8 | MIL-STD-883 |
10-9 Pa · m³/s 氦漏率持续时间 | 6 个月 | 15 年 | 质谱检漏 |
这些数据揭示:镀金不仅让电性、化学稳定性大幅提升,更直接延长器件寿命一个数量级。
4 与钨铜镀金的“横向对照”
维度 | 可伐合金镀金 | 钨铜合金镀金 |
关注焦点 | 气密封装、键合可靠 | 热管理、低接触阻抗 |
难点 | 氧化层去除、热循环剥落 | 密度大致密性高、镀层附着 |
镀层设计 | 镍(或钯)阻挡 + 软金薄层 | 厚镀金或选择性无电金 |
典型应用 | 激光器壳体、军用继电器、MEMS 盖板 | 大功率微波散热基板、天线馈源 |
由此可见,可伐在“封装气密 + 可焊 + 长寿命”三重目标上优势明显,而钨铜则偏向“热-电导一体化”赛道。
5 制造现场的“卡脖子”瞬间
阴阳极面积比失衡:引线框架密排镂空,阳极电流集中易烧焦晶种,解决办法是挂具加阴极辅助片。
上锡漂移:炉温偏高导致阻挡层局部熔蚀,锡料顺孔攀升,引发短路;需降低预热段温度并缩短保温时间。
金层微裂:可伐件过水冷却速度过快,热应力瞬间释放,在 40× 微显下可见“鱼鳞纹”;缓冷+后烘可消除。
6 成本与环保的平衡术
金耗控制:采用
CID(电流密度梯度)监控 + 视觉终点判断,平均节金 12%。
无氰替代:近年来三羧酸盐-硫代硫酸盐体系已实现批量应用,氰根排放降低 98%。
循环回收:剥金液-置换粉双循环,一公斤阴极金可回收约 960 g。
7 未来走向三大关键词
区域选择性:只在焊区、键合区保留金,其余用镍/锡封装,可伐壳体金用量预计再降 40%。
纳米复合阻挡:Ni-Mo-P 纳米晶+无定形共存结构,900 °C/30 min 互扩散深度< 50 nm。
数字孪生镀槽:实时监测阴极电流密度分布,模拟-修正-反馈闭环,缺陷率降至 500 ppm 以下。
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