一种钎料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钎料及其制备方法。本发明专利技术提供一种钎料，包括：α

【技术实现步骤摘要】
一种钎料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子互连钎料
，具体而言，涉及一种钎料及其制备方法。

技术介绍

[0002]FCBGA器件为倒装芯片球栅阵列封装形式，倒装芯片封装以高的I/O数、焊点尺寸小、低电解质常数和高可靠性等优点，被业界广为推崇。主要是利用熔融凸点的表面张力来支撑芯片的重量以及控制凸点的高度，把裸芯片正面朝下安装在基板上，成为高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封装的最佳选择。在FCBGA开发之初，芯片表面凸点采用Sn
‑
Pb钎料制备。随着人们环保意识的逐渐提高，欧盟率先提出了《报废电子电气设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质的指令》，要求电子电气设备全面实现无铅、无镉、无毒的环保要求，美国、日本、中国等也纷纷要求电子器件中禁止铅等有毒物质的使用，因此传统的Sn
‑
Pb钎料需要被环保型无铅钎料的替代。
[0003]目前，应用较为广泛的无铅钎料为Sn
‑
Ag
‑
Cu、Sn
‑
Ag、Sn
‑
Bi、Sn
‑
Zn、Sn
‑
Cu五个钎料系，钎料与基板反应过程主要是Sn基体和界面金属间化合物组成，但是界面金属间化合物为一个硬脆相，在服役期间，由于环境温度的变化，金属间化合物附近容易成为应力集中区，容易萌生裂纹，导致焊点的失效。而且，相对QFP器件和BGA器件，FCBGA器件的凸点较多，经过与基板焊接，凸点会实现FCBGA器件与基板之间的互连。但是由于面阵列凸点数量较大，甚至可以达到1000以上。在服役期间，由于温度的交替变化，焊点阵列特别是拐角焊点极容易成为应力集中区，萌生裂纹出现早期失效，导致整个电子器件的失效。因此如何开发新型的环保型无铅钎料，提高FCBGA器件高可靠性，成为本领域的重要研究课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了FCBGA器件与基板连接不稳定、焊点易失效的问题，通过对钎焊接头进行强化，提升了钎焊接头的力学性能和抗热疲劳性能，实现了FCBGA器件的高性能互连。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种钎料，包括：α
‑
Fe，0.1质量份至3质量份；莫来石，0.5质量份至15质量份；铋，50质量份至60质量份；锡，22质量份至49.4质量份。
[0006]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：强化钎焊接头。本专利技术钎料通过α
‑
Fe、莫来石、铋、锡四者耦合作用，从而达到强化焊点的效果。在100质量份的本专利技术钎料中铋为50质量份至60质量份、锡为22质量份至49.4质量份，锡和铋是组成钎料的基材，铋主要用于降低钎料的熔化温度，使钎料易于实现焊接。使用本专利技术钎料进行钎焊后，钎焊焊点包含内部组织和界面组织，内部组织由富铋相和富锡相组成，富铋相构成富铋晶粒，富锡相构成富锡晶粒。在钎焊焊点以及FCBGA器件长时间服役的过程中，由于温度等环境因素的影响，富铋晶粒和富锡晶粒的界面容易成为裂纹萌生区域。本专利技术钎料中，通过α
‑
Fe的添加使得富铋晶粒和富锡晶粒连接起来；添加的莫来石主要聚集在富铋晶粒和富锡晶粒的晶界处，具有固定α
‑
Fe连接的作用。α
‑
Fe和莫来石两者耦合作用，增强了富铋晶粒和富锡晶粒的连接，有效防止富铋晶粒和富锡晶粒的界面处裂纹的生成，强化了钎焊接头。钎焊后，在
钎焊焊点的界面组织区域会形成金属间化合物相，金属间化合物相为硬脆相，过厚的金属间化合物相会导致钎焊焊点在早期就失效。在本专利技术钎料形成的钎焊焊点中，部分α
‑
Fe和莫来石会富集在界面组织区域，阻止元素扩散，抑制界面金属间化合物的快速生长。因此，本专利技术钎料能够形成具有优良力学性能和抗热疲劳性能的钎焊接头，实现了FCBGA器件的高性能互连。
[0007]在本专利技术的一个实例中，莫来石为铜包覆莫来石。
[0008]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：增强莫来石相的固定作用。相比于莫来石，铜与富铋相和富锡相的连接效果会更好，通过使用铜包覆莫来石，使得聚集在富铋晶粒和富锡晶粒晶界处的莫来石相具有更好的固定α
‑
Fe连接处的作用。
[0009]在本专利技术的一个实例中，铜包覆莫来石为铜包覆莫来石亚微米颗粒。
[0010]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：强化钎焊接头。铜包覆莫来石亚微米颗粒的粒径在100纳米至1000纳米，颗粒的粒径很小，具有减少位错、裂缝产生的作用。铜包覆莫来石亚微米颗粒聚集在富铋晶粒和富锡晶粒的界面处，在固定α
‑
Fe连接的同时，还能减少富铋晶粒和富锡晶粒表面裂缝的产生，从而极大的增强了钎焊接头的性能，能更好的实现FCBGA器件的高性能互连。
[0011]在本专利技术的一个实例中，α
‑
Fe为α
‑
Fe纳米线。
[0012]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：强化钎焊接头。α
‑
Fe纳米线具有一定的长度，且纳米线的直径较小，具有防止裂缝产生和扩散的作用。在本专利技术钎料中，α
‑
Fe纳米线还能够将富铋晶粒和富锡晶粒通过捆绑连接起来，进而防止富铋晶粒和富锡晶粒界面处裂缝的产生，从而达到强化钎焊接头内部组织的作用。因此，通过向钎料中添加α
‑
Fe纳米线能够极大的减少钎焊接头中裂缝的产生和扩散，使钎焊接头在温度交替变化等影响因素的作用下，依然保持优良的连接性能。
[0013]在本专利技术的一个实例中，α
‑
Fe纳米线与铜包覆莫来石亚微米颗粒的质量份比为1:5。
[0014]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：显著强化钎焊接头。在钎焊焊点以及FCBGA器件长时间服役的过程中，由于温度等环境因素的影响，富铋晶粒和富锡晶粒的界面容易成为裂纹萌生区域。α
‑
Fe纳米线的添加会在钎焊接头的内部组织中形成类似网状的结构，通过这种结构α
‑
Fe纳米线将富铋晶粒和富锡晶粒捆绑连接起来。添加的铜包覆莫来石亚微米颗粒会聚集在富铋晶粒和富锡晶粒晶界处，钉扎固定α
‑
Fe纳米线。α
‑
Fe纳米线和铜包覆莫来石亚微米颗粒两者耦合作用，增强了富铋晶粒和富锡晶粒的连接，有效防止富铋晶粒和富锡晶粒的界面处裂纹的生成和扩散，显著强化了钎焊接头。当α
‑
Fe纳米线与铜包覆莫来石亚微米颗粒的质量份比为1:5时，能够最大限度的发挥改性作用，使强化后的钎焊接头具有极好的力学性能和抗热疲劳性能，满足多种使用场景下FCBGA器件的高性能互连。
[0015]在本专利技术的一个实例中，钎料的固相线温度在138.3℃至200.2℃。
[0016]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：使钎料易于进行焊接。成份、结构相同的组织统称为相，固相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钎料，其特征在于，包括：α
‑
Fe，0.1质量份至3质量份；莫来石，0.5质量份至15质量份；铋，50质量份至60质量份；锡，22质量份至49.4质量份。2.根据权利要求1所述的钎料，其特征在于，所述莫来石为铜包覆莫来石。3.根据权利要求2所述的钎料，其特征在于，所述铜包覆莫来石为铜包覆莫来石亚微米颗粒。4.根据权利要求3所述的钎料，其特征在于，所述α
‑
Fe为α
‑
Fe纳米线。5.根据权利要求4所述的钎料，其特征在于，所述α
‑
Fe纳米线与所述铜包覆莫来石亚微米颗粒的质量份比为1:5。6.根据权利要求1所述的钎料，其特征在于，所述钎料的固相线温度在138.3℃至200.2℃。7.根据权利要求1所述的钎料，其特征在于，所述钎料的液相线温度在140.1℃至216.1℃。8.一种钎料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至7所述的钎料，包括：S10：按照配比准备底料，将所述底料与助焊膏混合，制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙伟民，张亮，钟素娟，孙华为，王星星，秦建，
申请(专利权)人：中机智能装备创新研究院宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：