一种混合合金焊料膏制造技术

本发明专利技术一般涉及焊料组合物，一种混合合金焊料膏，其由下列组成：60wt％至92wt％之间的量的第一焊料合金粉末；大于0wt％并且小于12wt％的量的第二焊料合金粉末；和助焊剂；其中所述第一焊料合金粉末包括第一焊料合金，其固相线温度高于260℃，其中所述第一焊料合金是Bi‑Ag合金、Bi‑Cu合金或Bi‑Ag‑Cu合金；和其中所述第二焊料合金粉末包括第二焊料合金，其固相线温度低于250℃；所述第一焊料合金包括从2.6wt％至15wt％的Ag及剩余的为Bi，从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi，或从2.6wt％至15wt％的Ag和从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi。

A Mixed Alloy Solder Paste

The invention generally relates to solder composition, a mixed alloy solder paste, which comprises the following components: the first solder alloy powder with a quantity between 60wt% and 92wt%; the second solder alloy powder with a quantity greater than 0wt% and less than 12wt%; and the flux; and the first solder alloy powder includes the first solder alloy, in which the first solder alloy powder comprises the first solder alloy. The solid-phase temperature is higher than 260 C, and the first solder alloy is Bi_Ag alloy, Bi_Cu alloy or Bi_Ag_Cu alloy; and the second solder alloy powder includes the second solder alloy, whose solid-phase temperature is lower than 250 C; the first solder alloy includes Ag from 2.6wt% to 15wt% and the remaining Bi from 0.2wt%. The remaining Cu and Bi from% to 1.5wt%, Ag from 2.6wt% to 15wt%, Cu from 0.2wt% to 1.5wt% and Bi from 0.2wt% to 1.5wt%.

【技术实现步骤摘要】
一种混合合金焊料膏
本专利技术一般涉及焊料组合物，并且更具体而言，一些实施方式涉及高温焊接应用的焊料组合物。
技术介绍
由电子组件的处理产生的铅被认为对环境和人类健康有害。规章逐渐禁止在电子互连和电子封装工业中使用含Pb焊料。已经广泛地研究替换传统低共熔Pb-Sn的无Pb焊料。SnAg、SnCu、SnAgCu和SnZn焊料正在变成用于半导体互连和电子工业中的主流焊料。但是，开发高温无Pb焊料代替常规高铅焊料即Pb-5Sn&Pb-5Sn-2.5Ag仍处在其初期。当组件被焊接在印刷电路板(PWB)上时，高温焊料用于保持组件中元件内的内部连接。高温焊料的通常用途是用于芯片附着(die-attach)。在示例性方法中，通过使用高温焊料将硅芯片焊接在引线框架上形成组件。接着，被封装或未封装的硅芯片/引线框架组件通过焊接或机械固定附着至PWB。板可暴露于再多几次的回流工艺用于在板上表面安装其他电子器件。在进一步的焊接过程中，应当良好地保持硅芯片和引线框架之间的内部连接。这需要高温焊料经得起多重回流而没有任何功能故障。所以，为了与在工业中使用的焊料回流方案(profile)相容，高温焊料的主要要求包括(i)熔化温度约260℃和更高(根据典型的焊料回流方案)，(ii)好的抗热疲劳性，(iii)高的热导率/电导率，和(iv)低成本。目前，工业中没有可用的滴入式(drop-in)无铅替代物。但是，最近已经提议一些无铅焊料候选物用于高温芯片附着应用，比如(1)Sn-Sb，(2)Zn基合金，(3)Au-Sn/Si/Ge和(4)Bi-Ag。Sb小于10wt％的Sn-Sb合金保持良好的机械性能而不形成大量的金属间化合物。但是它们的固相线温度不高于250℃，这不能满足260℃的抗回流要求。包括低共熔的Zn-Al、Zn-Al-Mg和Zn-Al-Cu的Zn基合金的熔化温度高于330℃。但是，Zn、Al和Mg对氧的高亲和力造成在各种金属化表面饰面上的极差的湿润。提议为高温无铅替代焊料之一的Zn-(20-40wt％)Sn焊料合金的液相线温度高于300℃，但是固相线温度仅为约200℃。Zn-Sn焊料在约260℃时的半固体状态被认为在随后的回流期间在元件之间保持良好的互连。但是，当半固体焊料被挤压在封装的包装内并迫使半固体焊料流出时出现问题。这产生预料不到的功能故障的风险。Zn基焊料合金也将在金属化表面和焊料之间形成大量的IMC层。在随后的回流和操作期间，IMC层的存在及其剧烈生长也造成可靠性问题。由两个金属间化合物组成的低共熔Au-Sn已经被实验显示为可靠的高温焊料，这是因为其熔化温度为280℃、良好的机械性能、高的电导率&热导率、和卓越的抗腐蚀性。但是，极高的成本限制了其在成本超过可靠性考虑因素的领域中的应用。固相线温度为262℃的Bi-Ag合金满足高温芯片附着焊料的熔化温度要求。但是，存在几个主要问题：(1)在各种表面饰面上差的湿润性和(2)相关的源于差的湿润性的弱结合界面。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种混合合金焊料膏，该焊锡膏具有良好的性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种混合合金焊料膏，其由下列组成：60wt％至92wt％之间的量的第一焊料合金粉末；大于0wt％并且小于12wt％的量的第二焊料合金粉末；和助焊剂；其中所述第一焊料合金粉末包括第一焊料合金，其固相线温度高于260℃，其中所述第一焊料合金是Bi-Ag合金、Bi-Cu合金或Bi-Ag-Cu合金；和其中所述第二焊料合金粉末包括第二焊料合金，其固相线温度低于250℃；所述第一焊料合金包括从2.6wt％至15wt％的Ag及剩余的为Bi，从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi，或从2.6wt％至15wt％的Ag和从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi。作为优选的，其中所述第二焊料合金的固相线温度在230℃和250℃之间。作为优选的，其中所述第二焊料合金包括Sn合金。作为优选的，其中所述Sn合金包括Sn-Sb合金、或Sn-Sb-X合金，其中X＝Ag、Al、Au、Co、Cu、Ga、Ge、In、Mn、Ni、P、Pd、Pt或Zn。作为优选的，其中所述第二焊料合金的固相线温度在200℃和230℃之间。作为优选的，其中所述第二焊料合金包括Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-X合金或Sn-Zn合金，其中X＝Al、Au、Co、Cu、Ga、Ge、In、Mn、Ni、P、Pd、Pt、Sb或Zn。作为优选的，其中所述第二焊料合金的固相线温度低于200℃。作为优选的，其中所述第二焊料合金包括Sn-Bi合金、Sn-In合金或Bi-In合金。作为优选的，其中所述第二焊料合金粉末的量在2wt％和10wt％之间。作为优选的，其中所述第一焊料合金包括从0至20wt％的Ag及剩余的为Bi，从0至5wt％的Cu及剩余的为Bi，或从0至20wt％的Ag和从0至5wt％的Cu及剩余的为Bi。有益效果是：添加剂将在多数焊料熔化之前或与多数焊料的熔化一起熔化。熔化的添加剂将在部分或完全熔化的第一合金之前或与其一起在基底上湿润并粘附至基底。添加剂被设计以支配IMC沿着基底金属化表面饰面的形成并在回流过程期间完全被转化成IMC。IMC层的厚度将因此被膏中的添加剂的量良好地控制，因为在IMC形成中添加剂起支配作用。在一些实施方式中，第一合金焊料将对在添加剂和基底之间形成的IMC层具有强的亲和力。该强的亲和力将增强焊料体和IMC之间的结合强度。因此，期望的反应化学和良好控制的IMC层厚度不仅改善湿润性能也增强与湿润性能相关的结合强度。附图说明图1是由84wt％Bi11Ag+6wt％Sn15Sb+10wt％助焊剂组成的混合合金粉末焊料膏的DSC图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。本专利技术涉及包括不同焊料合金在助焊剂中的混合物的焊料膏。两种或多种焊料合金或金属被并入助焊剂材料。第一焊料合金或金属(“第一合金”)将在回流期间形成焊接缝的主体。根据与金属基底的反应化学或对第一合金的亲和力选择剩余的第二焊料合金或金属或进一步的额外焊料合金或金属(“第二合金”)。第二合金的熔化温度Tm(B)低于第一合金的熔化温度Tm(A)。在回流期间，第二合金首先熔化，并蔓延至基底上。当第一合金熔化时，第二合金的存在有助于将熔化的第一合金置于基底上。第二合金设计用于完全转化成IMC，在最终的接缝中产生最少的低熔点相或不存在低熔点相。膏中的添加剂改进回流期间的反应化学、改善湿润性、控制IMC的厚度和因此增强结合强度。除了用于高温无铅焊接的具有期望的湿润性和可靠性的焊料外，该设计方法还可扩大到其中使用差湿润性焊料的许多其他焊接应用。例如，Pb-Cu合金具有高熔化温度但在各种金属基底上具有差的湿润性。因此，它们难以在焊接中使用。利用本专利技术，少的添加剂，比如Sn或含Sn合金，将帮助Pb-Cu湿润各种金属表面。但是，如果Sn在Pb-Cu中仅仅是合金化，Cu6Sn5IMC形成将降低来自Sn的反应化学。在焊料中合金化更大量的Sn将显著降低Pb-Cu的熔化温度，这是不期望的。混合焊料膏包括悬浮在助焊剂中的第一合金焊料颗粒和第二合金焊料颗粒。在一些实施方式中，根据其对基底或对许多常用基底的卓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合合金焊料膏，其由下列组成：60wt％至92wt％之间的量的第一焊料合金粉末；大于0wt％并且小于12wt％的量的第二焊料合金粉末；和助焊剂；其中所述第一焊料合金粉末包括第一焊料合金，其固相线温度高于260℃，其中所述第一焊料合金是Bi‑Ag合金、Bi‑Cu合金或Bi‑Ag‑Cu合金；和其中所述第二焊料合金粉末包括第二焊料合金，其固相线温度低于250℃；所述第一焊料合金包括从2.6wt％至15wt％的Ag及剩余的为Bi，从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi，或从2.6wt％至15wt％的Ag和从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi。

【技术特征摘要】
1.一种混合合金焊料膏，其由下列组成：60wt％至92wt％之间的量的第一焊料合金粉末；大于0wt％并且小于12wt％的量的第二焊料合金粉末；和助焊剂；其中所述第一焊料合金粉末包括第一焊料合金，其固相线温度高于260℃，其中所述第一焊料合金是Bi-Ag合金、Bi-Cu合金或Bi-Ag-Cu合金；和其中所述第二焊料合金粉末包括第二焊料合金，其固相线温度低于250℃；所述第一焊料合金包括从2.6wt％至15wt％的Ag及剩余的为Bi，从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi，或从2.6wt％至15wt％的Ag和从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi。2.权利要求1所述的混合合金焊料膏，其中所述第二焊料合金的固相线温度在230℃和250℃之间。3.权利要求2所述的混合合金焊料膏，其中所述第二焊料合金包括Sn合金。4.权利要求3所述的混合合金焊料膏，其中所述Sn合金包括Sn-Sb合金、或Sn-Sb-X合金，其中X＝Ag、Al、Au、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈加财，董勤正，吴勇，
申请(专利权)人：深圳市鑫富锦新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44