无铅焊料组合物制造技术

一种焊丝组合物可以包括85%‑95%重量比的铋和至少5%重量比的铜。该焊丝组合物可以具有小于大约1毫米的直径以及至少20%的断裂伸长率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请涉及2012年8月15日提交的美国申请13/586,074和2012年8月17日提交的PCT申请No.PCT/US2012/051343，每项申请要求享有2011年8月17日提交的美国临时申请No.61/524610的优先权。所述每个申请的全部内容通过引用被合并到本文中。
本公开涉及焊料材料并且更具体地涉及无铅或大体上无铅的焊料材料。
技术介绍
焊料材料用于各种机电和电子设备的制造和组装。在过去，焊接材料通常包括大量的铅以给焊料材料提供期望的性质，例如熔点、湿润性、延展性和导热系数。一些锡基焊料也已经被开发出来。最近，在生产可提供期望性能的无铅和无锡的焊料材料上已有一些尝试。
技术实现思路
在一些实施例中，一种焊丝组合物可以包括85%-95%重量比的铋和至少5%重量比的铜。焊丝组合物可以具有小于大约1毫米的直径和至少20%的断裂伸长率。在一些实施例中，提供了一种形成焊丝的方法。该方法可以包括挤压坯锭以形成具有小于大约1毫米直径的焊丝，在大约93℃和大约121℃之间的温度对挤出的丝进行热处理；以及在挤出的丝高于其固相线温度时将经过热处理的挤出的丝缠绕在线轴上。在一些实施例中，一种焊料组合物可以包括大约85%-95%重量比的铋，大约8%-12%重量比的铜和大约0.001%-0.1%重量比的镓。虽然公开了多种实施例，但是本领域的技术人员将会从示出并描述了本专利技术的示例性实施例的下列具体实施方式中明白本专利技术的其他实施例。相应地，该具体实施方式将被视为是示例性质而非限制性的。附图说明图1是丝挤压过程的一个实施例的示意性框图；图2示出了对于丝挤压的实验性示图。具体实施方式焊料组合物是易熔金属和金属合金，用于连接两个基材或工件并且具有低于该工件熔点的熔点。焊料组合物（例如那些在半导体工业中用于芯片贴装应用的焊料组合物）可以被提供成许多不同的形态，包括但是不限于块状焊料产品、焊膏和焊丝。焊膏可以是流体或油灰状材料，其可以以多种方法应用于基材，包括但是不限于印制和点涂，例如使用注射器。示例的焊膏组合物可通过将粉末状金属焊料与助焊剂混合来形成，助焊剂是充当临时粘合剂的稠密介质。助焊剂可以使焊膏的组分结合在一起直到焊接过程使粉末状焊料熔化。焊膏的适合的粘度可以取决于如何施加焊膏到基材而变化。焊膏的适合的粘度包括300000-700000厘泊(cps)。在其他实施例中，焊料组合物可以作为焊丝提供。焊丝可以通过将焊料材料拉伸通过模具来形成，以在线轴上提供细的焊丝。适合的焊丝可以具有小于大约1毫米（mm）的直径。在一些实施例中，焊丝可以具有小到0.1mm、0.25mm或0.63mm的直径，或者大到0.75mm、0.8mm或1mm的直径，或者具有在由前述的任意一对值所界定的任何范围之内的直径。例如，在某些实施例中，焊丝可以具有从大约0.25mm到大约0.8mm的直径，并且更具体地，可以具有从大约0.63mm到大约0.75mm的直径。在一些实施例中，焊丝能够卷曲或盘绕在线轴上而不会断裂成两段或更多段。无论形态如何，焊料组合物可以基于适合的物理性质进行评价，例如焊料组合物的固相线温度、熔化温度范围、湿润性、延展性和导热系数。固相线温度量化了焊料材料开始熔化时的温度。在固相线温度之下，焊料材料完全是固体。在一些实施例中，固相线温度可以在300℃左右，以允许分级焊接操作并且使在终端应用设备中的热应力减到最小。焊料组合物的熔化温度范围由固相线温度和液相线温度限定。液相线温度量化了这样的温度，在高于该温度时，焊料材料完全熔化。液相线温度是晶体（例如固体材料）可以与熔化物（例如液体材料）共存的最高温度。在液相线温度之上，焊料材料是同质的熔化物或液体。在一些实施例中，优选的是可以具有窄的熔化温度范围，以使得焊料以两相存在的范围减到最小。湿润性指的是焊料流动并且湿润基材或工件的表面的能力。更高程度的湿润性一般会在工件之间提供增强的粘合强度。湿润性可以使用点湿测试（dot wet test）来测量。伸长率是拉伸测试所确定的丝的延展度的测量结果。更高的伸长率表明了更高的延展性。焊丝的伸长率可以使用Instron 4465机器在室温下根据ASTM E8（名称为：“金属材料拉伸测试的标准测试方法”来确定。在一些实施例中，焊丝具有至少大约20%、25%、30%或35%的伸长率。弹性模量是焊丝响应于所施加的力而发生弹性（例如非永久性）变形的倾向的数学描述。在一些实施例中，焊丝具有低于大约15GPa，低于大约12GPa，或者低于大约10GPa的弹性模量。在终端设备的使用寿命内，该设备中的所有焊接接头经历减小的焊接接头强度。具有提高的延展性的焊料将会延长设备的使用寿命从而是更期望的。易延展的焊料在本文进一步所描述的焊丝的制造中也是期望的，以使得焊丝能够盘绕或卷曲到线轴上。高导热系数对于设备性能也是期望的。在一些实施例中，焊料材料可以将管芯连接到引脚框架。在这样的实施例中，可能期望的是焊料将热量传导到引脚框架中。在一些实施例中，高导热系数对于高功率应用是特别期望的。在某些实施例中，适合的焊料材料可以具有大于20瓦每米开尔文（W/m-K）的导热系数。在其他实施例中，适合的焊料材料可以具有大于10W/m-K的导热系数或者从10W/m-K到大约25W/m-K的导热系数。在更进一步的实施例中，适合的焊料材料具有小到10、12、14W/m-K的导热系数，或者大到15、18、20或25W/m-K的导热系数或者具有在由前述的任意一对值所界定的任何范围之内的导热系数。焊料材料（例如本文的铋/铜焊料）可以是无铅的。如本文所使用的，“无铅的”指的是焊料材料包括重量比小于0.1%的铅。在某些实施例中，焊料材料（例如本文的铋/铜焊料）可以是无锡的。如本文所使用的，“无锡的”指的是焊料材料包括重量比小于0.1%的锡。在一些实施例中，铋/铜基焊料材料可以包括含量小到85%、88%或90%的重量比的铋或者大到92%、93%或95%的重量比的铋，或者包括含量在由前述的任意一对值所界定的任何范围之内的铋，并且包括含量小到5%、8%或10%的重量比的铜或者大到11%、12%或15%的重量比的铜，或者包括含量在由前述的任意一对值所界定的任何范围之内的铜。例如，铋/铜基焊料材料可以包括大约85%到大约95%重量比的铋和大约5%到大约15%重量比的铜，并且更具体地，从大约88%到大约92%重量比的铋和从大约8%到大约12%重量比的铜。诸如镓、铟、磷和/或锗的掺杂物存在的含量可以低至重量比为0.001%、0.01%、0.05%或0.075%或者含量可以大到重量比为0.1%、0.25%、0.5%、0.75%或1%，或者存在的含量可以在由前述的任意一对值所界定的任何范围之内。合适的铋/铜基焊料材料可以包括至少大约10%的重量比的铜，其余为铋和掺杂物。例如，铋/铜基焊料材料可以包括大约89%-90%重量比的铋，大约10%重量比的铜和掺杂物。焊料组合物可以仅包括一种掺杂物材料，或者可以包括两种或更多种掺杂物的组合。在一些实施例中，铋/铜基焊料材料可以由大约10%重量比的铜、大约0.1%重量比的掺杂物以及余量的铋组成。掺杂物可以是上述列出的那些材料中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊丝组合物，包括：大约85%‑95%重量比的铋；和至少5%重量比的铜；其中，所述焊丝具有小于大约1毫米的直径，并且其中，所述焊丝具有至少20%的断裂伸长率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种焊丝组合物，包括：大约85%-95%重量比的铋；和至少5%重量比的铜；其中，所述焊丝具有小于大约1毫米的直径，并且其中，所述焊丝具有至少20%的断裂伸长率。2.如权利要求1所述的焊料组合物，包括：大约5%-15%重量比的铜；和大约0.01%到大约1%重量比的镓。3.如权利要求1所述的焊料组合物，包括：大约5%-15%重量比的铜；和大约0.01%到大约0.1%重量比的镓。4.如权利要求1所述的焊料组合物，包括：大约8%-10%重量比的铜；和大约0.01%到大约0.5%重量比的镓。5.如权利要求1所述的焊料组合物，包括：大约10%重量比的铜；和大约0.1%重量比的镓。6.如权利要求1所述的焊料组合物，并且进一步包括：小于大约0.1%重量比的铅。7.如权利要求1所述的焊料组合物，并且进一步包括：小于大约0.1%重量比的锡。8.如权利要求1所述的焊料组合物，其中，所述焊料组合物由铋、铜和小于1%重量比的镓组成。9.如权利要求1所述的焊丝，其中，所述焊丝具有小于15GPa的弹性模量。10.如权利要求1所述的焊丝，其中，所述焊丝具有大于10W/m-K导热系数。11.一种形成焊丝的方法，所述方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健行，MR平特，VL约翰逊，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US