一种无铅复合焊料球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种无铅复合焊料球及其制备方法和应用，属于电子封装材料领域。一种无铅复合焊料球，其特征是，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体，铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层，锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层，所述锡基焊料中间层的熔点低于覆盖锡基焊料外层的熔点至少10℃，且铁磁性球体的熔点高于锡基焊料外层的熔点。本发明专利技术所述焊料球内核为磁性材料，其在电磁场的作用下，只有焊球被加热，而其他部分没有被加热，可以避免其他部件的热损伤问题。

Lead free composite solder ball and preparation method and application thereof

The invention relates to a lead-free composite solder ball, a preparation method and application thereof, belonging to the field of electronic packaging materials. A lead-free composite solder ball is characterized in that the solder ball has a three-layer core-shell structure, the core is a ferromagnetic sphere, the ferromagnetic sphere is covered with a tin-based solder intermediate layer, the tin-based solder intermediate layer is covered with a tin-based solder outer layer, and the melting point of the tin-based solder intermediate layer is lower than that of the tin-based solder outer layer by at least 10 degrees Celsius. The melting point of the ferromagnetic sphere is higher than that of the tin base solder. The solder ball core of the invention is a magnetic material. Under the action of electromagnetic field, only the solder ball is heated, while the other parts are not heated, so the thermal damage problem of other parts can be avoided.

【技术实现步骤摘要】
一种无铅复合焊料球及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种无铅复合焊料球及其制备方法和应用，属于电子封装材料领域。
技术介绍
随着电子信息产品的不断更新和发展，其对电子信息产品的微型化、低成本、多功能、便携式以及高可靠性提出了更高的要求。微电子封装技术不断创新，其中倒装芯片在微电子封装中得到广泛应用，成为芯片封装技术走向微小化的主流技术。电子封装的主要作用是传递电力与电路讯号，提供散热途径，承载与保护封装结构。目前，常用的焊接材料为锡基焊料，最为典型的锡基焊料为Sn-37Pb。然而，随着欧盟WEEE/ROHS法案的实施，铅的使用被大幅限制，为此，无铅焊料成为本领域研究的热点。目前常见的无铅锡基焊料，如Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu-Ag、Sn-Bi等，可替代Sn-37Pb用作焊料。在利用这些焊料进行焊接时，其中一个问题是由于回流焊的温度大致在200左右，其会导致基板、芯片等发生变形。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种无铅复合焊料球及其制备方法及应用，所述无铅焊料可解决基板、芯片等发生变形的问题。一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体，铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层，锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层，所述锡基焊料中间层的熔点低于覆盖锡基焊料外层的熔点至少10℃，且铁磁性球体的熔点高于锡基焊料外层的熔点。本专利技术所述铁磁性球体优选，所述铁磁性球体的材料为铁、钴、镍金属或它们的合金。本专利技术所述铁磁性球体可依据现有技术提供方法，如冶金粉末制备方法，气体雾化方法制得，或商业购得。进一步地，优选所述铁磁性球体的直径可根据待焊接的基板和芯片之间的预期间距确定，优选其为50~300微米。本专利技术所述铁磁性球体为颗粒大小均一的铁磁性球。本专利技术所述铁磁性球体优选，所述铁磁性球体的居里温度高于锡基焊料中间层和锡基焊料外层的居里温度。本专利技术所述无铅复合焊料球优选，所述锡基焊料中间层的厚度为5~50微米。本专利技术所述无铅复合焊料球优选，所述锡基焊料中间层材料为Sn-49.1In合金、Sn-58Bi合金。本专利技术所述无铅复合焊料球优选，所述锡基焊料外层的厚度为100~500微米。本专利技术所述无铅复合焊料球优选，所述锡基焊料外层材料为Sn-3Ag-0.5Cu、Sn-5Sb、Sn-3.5Ag或Sn-0.7Cu中的一种。本专利技术的另一目的是提供上述铅复合焊料球的制备方法，所述方法包括下述步骤：在铁磁性球体上形成锡基焊料中间层，后在锡基焊料中间层外形成锡基焊料外层，得预制焊料球；将预制焊料球整体在温度为锡基焊料中间层熔点+0~10℃的范围内处理10~120s，冷却，既得。本专利技术的又一目是提供利用上述焊料球进行焊接的方法，具体为：将若干所述焊料球固定于芯片上，使电路基板与焊料球通过热压预固定，构成一封装整体；将封装整体于电磁感应加热设备中加热，使电路基板与芯片焊接固定，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体，铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层，锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层，所述锡基焊料中间层的熔点低于覆盖锡基焊料外层的熔点至少10℃，且铁磁性球体的熔点高于锡基焊料外层的熔点。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的无铅复合焊料球，具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体，铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层，锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层，所述锡基焊料中间层的熔点低于覆盖锡基焊料外层的熔点至少10℃，且铁磁性球体的熔点高于锡基焊料外层的熔点。本专利技术所述焊料球内核为磁性材料，其在电磁场的作用下，只有焊球被加热，而其他部分没有被加热，可以避免其他部件的热损伤问题，同时本专利技术利用锡基焊料中间层材料作为铁磁性内核和锡基焊料中间层的粘结层，使整个结构可以紧固的层间结构；再者，中间层同样为锡基焊料，其在焊接过程中也会熔化发挥焊料的作用，从而保证了均一的铁磁性球体分布于待焊接的表面间，控制其间距均一，获得好的焊接效果。具体实施方式专利技术的保护范围不限于下述实施例所公开的内容，对专利技术进行简单的变形与组合均属于本专利技术的保护范围之内。下述实施例中所述无铅复合焊料球的制备方法，所述方法包括下述步骤：利用物理气相沉积、电镀或现有技术提供的镀层方法在铁磁性球体上形成锡基焊料中间层，后利用物理气相沉积、电镀或现有技术提供的镀层方法在锡基焊料中间层外形成锡基焊料外层，得预制焊料球；将预制焊料球整体在温度为锡基焊料中间层熔点+5℃的范围内处理60s，冷却，既得。实施例1一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径50微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（5微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度80微米），所述铁磁性球体材料为Fe。所述锡基焊料中间层材料为Sn-49.1In合金。所述锡基焊料外层材料为Sn-3Ag-0.5Cu。实施例2一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径50微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（5微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度80微米），所述铁磁性球体材料为Fe-Ni合金。所述锡基焊料中间层材料为Sn-49.1In合金。所述锡基焊料外层材料为Sn-5Sb。实施例3一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径50微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（5微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度80微米），所述铁磁性球体材料为Fe-Co合金。所述锡基焊料中间层材料为Sn-58Bi合金。所述锡基焊料外层材料为Sn-3.5Ag。实施例4一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径50微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（5微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度80微米），所述铁磁性球体材料为Fe-Co-Ni三元合金。所述锡基焊料中间层材料为Sn-58Bi合金。所述锡基焊料外层材料为Sn-0.7Cu。实施例5一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径100微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（30微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度300微米），所述铁磁性球体材料为Fe-Co-Ni三元合金。所述锡基焊料中间层材料为Sn-58Bi合金。所述锡基焊料外层材料为Sn-3.5Ag。实施例6一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径100微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（30微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度300微米），所述铁磁性球体材料为Fe-Co合金。所述锡基焊料中间层材料为Sn-49.1In合金。所述锡基焊料外层材料为为Sn-3.5Ag。实施例7一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径100微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（30微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度300微米），所述铁磁性球体材料为Fe-Ni合金。所述锡基焊料中间层材料为Sn-58Bi。所述锡基焊料外层材料为Sn-5Sb。实施例8一种无铅复合焊料球，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体（直径100微米），铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层（30微米），锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层（厚度3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅复合焊料球，其特征是，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体，铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层，锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层，所述锡基焊料中间层的熔点低于覆盖锡基焊料外层的熔点至少10℃，且铁磁性球体的熔点高于锡基焊料外层的熔点。

【技术特征摘要】
1.一种无铅复合焊料球，其特征是，所述焊球具有三层核壳结构，其内核为铁磁性球体，铁磁性球体外覆盖锡基焊料中间层，锡基焊料中间层外覆盖锡基焊料外层，所述锡基焊料中间层的熔点低于覆盖锡基焊料外层的熔点至少10℃，且铁磁性球体的熔点高于锡基焊料外层的熔点。2.根据权利要求1所述的焊料球，其特征是，所述铁磁性球体的材料为铁、钴、镍金属或它们的合金。3.根据权利要求1所述的焊料球，其特征是，所述铁磁性球体的居里温度高于锡基焊料中间层和锡基焊料外层的居里温度。4.根据权利要求1所述的焊料球，其特征是，所述锡基焊料中间层材料为Sn-49.1In合金、Sn-58Bi合金。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋秋菊，
申请(专利权)人：大连圣多教育咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21