随着功率器件在电动汽车、可再生能源、人工智能服务器及先进工业系统等应用场景中不断演进，封装材料的选择已成为实现性能与可靠性设计目标的关键因素。

焊接仍是芯片贴装、芯片顶面连接以及基板与底板等大面积连接中应用最广泛的互连方式。多样化的合金类型与结构设计赋予了焊接工艺极强的通用性，但回流焊方法的选择会对工艺可行性、全生命周期成本及最终性能产生显著影响。

为何选择甲酸焊接?

功率器件封装中焊接的核心目标，是在金属化装配组件间形成热机械结合，这一过程通过焊料合金与基体金属的润湿作用实现。传统焊接依赖助焊剂(可随焊膏涂抹、预涂于预制件或单独分配)去除表面氧化层并促进润湿。

尽管传统焊接工艺具备有效性，但助焊剂的使用会带来一系列挑战：例如助焊剂残留可能引发电迁移问题，这在功率器件向高电压设计趋势演进的背景下尤为突出。虽然清洗工艺可降低此类风险，但会增加生产流程步骤、设备投入及耗材成本。

甲酸(HCOOH)焊接技术通过在回流炉 / 腔室内通入甲酸蒸汽，构建还原性气氛，无需助焊剂即可有效去除表面氧化层并实现良好的焊料润湿性。在富氮环境中，甲酸于 180-250℃温度区间激活分解，产生的活性物质能够还原表面氧化层，露出洁净的金属表面;而二氧化碳、水等副产物可通过真空系统轻松排出。最终形成的无氧化洁净焊点，无需后续回流清洗工序。

在对可靠性、热效率及高良率有严苛要求的电力电子应用场景中，甲酸焊接的采用率正持续提升。去除材料与工艺流程中的助焊剂，可带来多重优势：

清洁度提升：消除可能影响高压设计可靠性或与封装材料发生不良相互作用的残留物;

空洞率降低：结合真空工艺，空洞率可控制在 1% 以下 —— 较传统助焊剂焊接降低一个数量级，实现更优异的热导率与更低的电阻;

流程简化：省去清洗步骤，缩短生产周期，减少设备投入及厂房占地面积;

环境友好：降低溶剂清洗相关的能源消耗与废弃物排放。

对于设计工程师而言，这意味着更少的设计权衡：既能获得稳固的连接完整性、可靠的热性能与高可靠性，又能通过简化的工艺流程实现规模化生产，满足下一代功率器件的技术要求。

跨行业应用现状

甲酸焊接已从实验室阶段走向规模化量产，广泛应用于半导体封装、LED 制造、电力电子及高性能计算等行业。其中，半导体封装领域(如晶圆凸点、倒装芯片及碳化硅 / 氮化镓模块)因对清洁度与细间距连接的严苛要求，仍是甲酸焊接的核心应用场景。

在 LED 制造中，无空洞连接可实现高效散热，这对大功率照明设备至关重要。当前，电力电子与功率模块行业的领先企业已将甲酸焊接技术应用于基板 - 底板连接，同时其在芯片级封装与封装 - 散热器连接场景中的采用率正快速增长。

高性能计算与人工智能系统成为新兴应用领域，借助超低空洞率与高清洁度的优势，甲酸焊接有效改善了先进封装中的热管理性能。

显然，甲酸回流焊已成为主流焊接技术。随着应用范围的持续扩大，关于材料选择与工艺设计的最佳实践知识库也在不断丰富。

关键设计考量

材料层面

无助焊剂焊料预制件是甲酸焊接的标准配置。这类预制件由焊料合金经精密制造而成，可加工为多种尺寸与形状，确保焊料用量的一致性。

尽管甲酸气氛在去除表面氧化层、促进润湿方面效果显著，但无法与有机物或其他可能影响可焊性的杂质发生反应。因此，设计工程师采用焊料预制件方案时，必须选用无残留材料、确保高表面清洁度及高纯度合金成分。

此外，针对甲酸回流工艺的专用粘结剂与焊膏等新型材料技术正逐步涌现。这类材料通过钢网印刷或分配方式施加，因此其流变特性与工艺适配性是关键技术指标。

去除回流后残留物是此类材料设计的核心创新点 —— 传统助焊剂中易形成残留的成分(如松香、活化剂及其他添加剂)，均被替换为可在回流过程中挥发的溶剂。热重分析等测试数据表明，这些新型材料在回流后几乎无残留，为引线键合、封装等下游工艺提供了可靠保障。

回流工艺层面

并非所有回流系统都适用于甲酸焊接：传统对流炉仅在有限情况下可通过改造实现兼容，而专用甲酸 / 真空回流系统已成为行业主流。

目前市场上提供甲酸焊接兼容系统的供应商包括 PINK、budatec、Heller Industries、Centrotherm、ATV Technology、STT 真空回流系统(Palomar® Technologies)、3S Silicon Tech、HVT 等。其加热方式涵盖传导加热、对流加热、感应加热及红外加热等;炉体设计可支持批量生产或在线连续生产，因此设备性能与产能需求是工艺选择的关键考量因素。

尽管温度、升温速率、液相线以上停留时间等基础参数在甲酸焊接中仍具重要性，但还原性气氛的精确控制是工艺成功的核心。甲酸浓度(通常在富氮环境中为 3%-15%)、流量、保温温度及暴露时间等参数均需精准优化。

典型甲酸焊接工艺包含以下关键阶段(见图 5)：氧气去除、低氧环境预热、甲酸气氛保温除氧化(180-250℃)、回流与真空除空洞、冷却 / 凝固。

材料兼容性同样需要重点关注：铜、镍、镀银基板及陶瓷基板在甲酸气氛中的反应特性存在差异，可能需要调整甲酸保温参数。但需注意参数平衡 —— 过量的甲酸暴露可能引发其他副作用，例如在严重氧化的元件表面出现 "锡蒸汽" 这一外观缺陷。

尽管精密的工艺设计至关重要，但去除助焊剂带来的性能提升与全生命周期成本优势，仍使甲酸焊接具备极强的技术吸引力。在本文第二部分，我们将通过案例研究，探讨材料创新如何拓展工艺窗口，并赋能下一代功率器件的设计应用。