一、序幕

　　可伐合金(Kovar)真的必须镀上一层金，才能在高真空与快速热循环环境里长久“滴水不漏”吗?

　　二、材料底色：为什么选可伐合金

　　热膨胀系数匹配

　　可伐合金以约 17 % 的铁、29 % 的镍和 54 % 的钴组成，热膨胀曲线与硼硅玻璃或氧化铝陶瓷几乎重合。封装件经历从 –196 ℃ 到 400 ℃ 的骤冷骤热时，壳体与窗口不会因伸缩差异产生裂纹。

　　高稳定磁性

　　在 200 ℃ 以下保持居里点之上的软磁状态，利于雷达、航太、晶振等器件屏蔽电磁干扰。

　　可焊性与可封焊性

　　含铁量适中，既能与玻璃形成致密金属—氧—硅互扩散层，又让钴、镍提供较高强度，成为真空器件的选择壳体材料。

　　三、为何给可伐合金镀金

　　抑制氧化

　　可伐裸材在常温即可生成三价氧化物，焊接时一旦破皮，瞬间吸氧变脆;金层惰性高，隔绝空气，可显著抑制氧化镀层起皮。

　　提升可焊性

　　金—锡、金—铟共晶焊料润湿性极佳;在 310 ℃ 左右即可完成硬焊，大幅降低热冲击。

　　改善导电与信号完整性

　　高频封装里，金层电阻仅为镍的二十分之一，信号爬坡更平滑，对 5 GHz 以上射频尤为关键。

　　增加耐腐蚀寿命

　　金层密度 19.32 g/cm³，孔隙率极低，盐雾 1000 h 仍难渗透，可直接暴露在海洋或酸雾环境。

　　四、镀金前处理：决定成败的隐形步骤

　　酸洗去氧化

　　先用 HCl 与 H₂SO₄ 复合酸短时浸泡，浮锈与黑皮剥落即刻转入超纯水漂洗，避免酸残渍。

　　活化退磁

　　设定 700 ℃ ±10 ℃ 在氢氮混合气中保温 15 min，让晶粒均匀长大，同时去除剩余应力，保持低磁滞。

　　底层镍屏蔽

　　采用 8–10 µm 的高磷化学镀镍，既阻挡铁、钴元素扩散上浮，又为金层提供细密“锚点”。

　　微粗化与二次清洗

　　混酸微蚀 0.2 µm，配合超声纯水冲洗 180 s，保证表面张力 < 35 mN/m，方可进入电镀槽。

　　五、可伐合金镀金工艺路线

　　化学置换金(Flash Au)

　　在 70 ℃ 水浴里，以氰化金钾作主盐，3 min 快速置换 0.1 µm 金层，让后续电镀更均匀;此步不需外加电源。

　　光亮硬金电镀

　　电流密度：0.5–0.8 A/dm²，过高易产生成束针孔;过低则结晶粗糙。

　　温度：55–60 ℃，温差超过 2 ℃ 时立即循环过滤。

　　pH 值：3.8–4.2，使用弱酸盐缓冲。

　　电镀 15–20 min，可得 1 µm 厚硬金，硬度 180 HV，满足键合丝拉力。

　　软金回流

　　在 90 ℃ 纯水中短暂退火 10 min，使内应力释放、硬金转软金，硬度降至 90 HV，有利于压焊。

　　去离子水漂洗+氮气烘干

　　最后含水率需 < 500 ppm，否则封焊时水汽膨胀易冲垮金层。

　　六、品质检测与失效模式

　　镀层厚度与均匀度

　　XRF(荧光)抽检，中心与边缘差异应 ≤ 5 %。厚度不足会导致焊料“吃底”，影响气密度。

　　附着力

　　一般采用 90° 剥离测试，剥力 ≥ 7 N/cm。若前处理残留氯离子，金—镍界面易长针状孔隙，剥离强度骤降。

　　孔隙率

　　红丹—硫酸钠腐蚀试验 24 h 后，不得出现红斑;孔隙过多将引起晶体震荡时“钴镍芽”向上生长。

　　气密性

　　10⁻⁶ Pa·m³/s 级氦检漏是封装件批量出厂的硬指标;金层针孔是最常见泄漏源。

　　七、典型应用场景

　　光电 TO-CAN 及激光器封装

　　镀金可伐帽与陶瓷基座电焊后，漏率可稳定在 10⁻¹⁰ Pa·m³/s 以下，寿命超 25 年。

　　航空航天陀螺与惯导

　　在–55 ℃ 至 125 ℃ 循环 5000 次后，金层仍不剥落，保证惯性元件长久稳定。

　　射频同轴连接器

　　镀金内导体表面粗糙度 Ra < 0.08 µm，可把插拔损耗降至 0.03 dB，满足 40 GHz 以上带宽。

　　MEMS 压力传感器外壳

　　金层屏蔽湿气，使硅谐振腔零漂 < 1 ppm/年，适用于深井压力数据采集。

　　八、环保与成本考量

　　氰化物治理

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

　　金盐回收

　　离子交换树脂循环吸附，回收率接近 98 %，对批量生产尤为重要。

　　能耗优化

　　低电流密度+热交换余热回收，年均节电 12 %。

　　总成本构成

　　金层占比最高，约 65 %;镍底 12 %;能源与环保 18 %;设备折旧 5 %。通过薄镀+局部加厚技术可把金耗缩减 20 %。

　　九、技术前瞻

　　无氰硬金

　　含硫代硫酸盐的新型配方在实验室已测得 180 HV 硬度，但批量均匀性仍有挑战。

　　脉冲电镀

　　通过方波或阶梯波电流可细化晶粒、减少应力，正负比 3:1 时耐焊剥离力平均提升一成。

　　激光选择镀金

　　采用光束诱导局部沉积，仅在键合区沉金，IC 封装厂正尝试把金用量再压缩一半。

　　真空蒸镀+电镀复合

　　先物理气相沉积薄金，再加电镀增厚;两道工序互补，可降低孔隙率至 0.01 %。

　　可伐合金因其独特的热膨胀匹配与磁性能，在气密封装领域无可替代，而镀金工艺正是让它延长寿命、提升可焊性与电性能的关键一步。从表面预处理到镀层检测，每一道细节都直接关乎成品的气密与可靠性。随着无氰金与脉冲电镀等新技术逐渐成熟，可伐合金镀金正走向更加绿色、低耗、高性能的升级道路。想让封装器件在极端环境下仍滴水不漏、一焊即牢，把镀金工艺做到深处，才是最有确定性的投资。