可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用，属于电子元器件的焊接材料技术领域。本复合钎料片由Sn基钎料片和Sn

【技术实现步骤摘要】
可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电子元器件的焊接材料
，涉及一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用，本专利技术首次将该制备方法应用于改善钎料内部元素分布及调控钎料熔点中。

技术介绍

[0002]3D封装由于具有高性能、小尺寸、异构集成等特点，是扩展摩尔定律的一个很有前途的方向，电子封装技术也越来越受到重视。在封装的回流焊中，钎料被用来实施组装元器件的引线或者断点与印制板上的焊盘连接。形成的焊点承担着导电，导热和机械连接作用，其连接的可靠性将强烈影响着电子元器件的使用性能。
[0003]出于对环境保护和人体健康的考虑，含Pb钎料被禁止使用。目前，Sn基钎料，如Sn
‑
Ag，Sn
‑
Cu，Sn
‑
Ag
‑
Cu钎料，由于出色的润湿性，力学性能，热性能被广泛使用，被认为是最有希望替代含Pb钎料的选择之一。但是在实际的生产过程中，Sn基钎料具有较高的熔点，回流温度一般为230～300℃，芯片和基板之间由于热膨胀系数不同而导致热翘曲以及热应力的产生。一般认为可以通过降低回流温度来抑制热翘曲的产生，但是目前所有的Sn基钎料都不能在低温下进行回流。
[0004]基于此，Sn
‑
58Bi共晶钎料具有较低的熔点(139℃)和较低的生产成本而受到研究者的关注，但是由于Bi属于硬脆相，在回流过程中会发生Bi的偏析粗化(F.Wang,Y.Huang,Z.Zhang,C.Yan,Interfacial reaction and mechanical properties of Sn
‑
Bi solder joints,Materials.
[0005]2017,10)，降低了钎料的延展性能和力学性能，严重影响了焊点的可靠性。
[0006]针对以上在实际生产过程中焊点的可靠性问题，急需要一种可以兼顾低温回流和力学性能的新型钎料。

技术实现思路

[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片，其为熔点在160
‑
210℃而且具有高可靠性的Sn
‑
Bi复合钎料片，可以冲裁成各种规格的预成型焊片，同时该复合钎料片可以在焊接过程中抑制Bi偏析，提高焊接的可靠性。本专利技术还提供了该复合钎料片的制备方法及应用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010]步骤1，使用轧机将Sn基钎料片和Sn
‑
Bi共晶钎料块分别轧制成厚度为10
‑
500μm的钎料片，然后清洗，去除其表面污染物，杂质等附着物。
[0011]步骤2，将所得的Sn基钎料片和Sn
‑
Bi共晶钎料片裁剪成相同尺寸。
[0012]步骤3，将步骤2中获得的钎料片按照Sn/Sn
‑
Bi/Sn/Sn
‑
Bi
…
Sn/Sn
‑
Bi的结构方式
进行交错有序叠放，形成叠放层数为2
‑
10层的叠层结构，其中，Sn基钎料片和Sn
‑
Bi共晶钎料片的层数可以相同，也可以不同。
[0013]步骤4，将步骤3中获得的叠层结构置于两片陶瓷之间，然后整体置于高精度数显加热台上，利用标准砝码对其施加压力，保压1
‑
5分钟，使Sn钎料和Sn
‑
Bi共晶钎料复合，其中，加热台的温度范围为145
‑
200℃，砝码压力为0.2
‑
1N；在该温度范围和压力下，Sn
‑
Bi共晶钎料会完全熔化，Sn基钎料在其界面处会部分熔化，Sn
‑
Bi共晶钎料中的Bi原子会向Sn基钎料中扩散。
[0014]步骤5，将上述叠层结构在空气中冷却至室温，获得Sn/Sn
‑
Bi复合钎料。
[0015]进一步的，所述的步骤1中，所述的Sn
‑
Bi共晶钎料块为如下钎料中的一种：
[0016]①
Sn
‑
xBi钎料，x为Bi的质量百分比，在50
‑
70％；
②
Sn
‑
xBi
‑
yAg钎料，x为Bi的质量百分比，在50
‑
70％；y为Ag的质量百分比，在0.1
‑
5％。
[0017]进一步的，所述步骤1中，所述的Sn基钎料片，为如下钎料中的一种：
[0018]①
纯Sn钎料；
②
Sn
‑
xCu钎料，x为Cu的质量百分比，在0
‑
3％；
③
Sn
‑
xAg钎料，x为Ag的质量百分比，在0
‑
5％；
④
Sn
‑
xAg
‑
yCu钎料，x为Ag的质量百分比，在0
‑
3％，y为Cu的质量百分比，在0
‑
5％；
⑤
Sn
‑
xZn钎料，x为Zn的质量百分比，在0
‑
12％。
[0019]一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片，采用上述制备方法制得可低温焊接的高可靠性复合钎料片，其是由Sn基钎料片和Sn
‑
Bi共晶钎料片交错有序叠放后经低温压延使其合金化制作而成。
[0020]一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片的应用，作为焊接材料应用于电子元器件

[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术所提供的Sn/Sn
‑
Bi复合钎料可以通过调节Sn和Sn
‑
Bi共晶钎料片的厚度和层数来控制复合钎料中的含量，进而控制复合钎料的熔点在170
‑
210℃。相比传统的熔铸法制备的合金钎料，该方法工艺简单，成本低而且易于操作。不仅如此，本方法有效的解决了传统熔铸法获得的Sn
‑
Bi钎料在回流过程中Bi偏析粗化的问题，可以极大的改善Sn
‑
Bi钎料的脆性问题，且钎焊接头具备更佳的力学性能。
附图说明
[0023]图1为可低温焊接的高可靠性复合钎料片的结构示意图。
具体实施方式
[0024]为使本分明实施例的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及示例对本专利技术作进一步详细描述。显然所描述的本专利技术的实施例是本专利技术的一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0025]需要说明的是本专利技术使用的钎料片均为市售的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将Sn基钎料片和Sn
‑
Bi共晶钎料块分别轧制成厚度为10
‑
500μm的钎料片，清洗去除其表面附着物；步骤2，将所得的Sn基钎料片和Sn
‑
Bi共晶钎料片裁剪成相同尺寸；步骤3，将步骤2中获得的钎料片按照Sn/Sn
‑
Bi/Sn/Sn
‑
Bi
…
Sn/Sn
‑
Bi的结构方式进行交错有序叠放，形成叠放层数为2
‑
10层的叠层结构；步骤4，将步骤3中获得的叠层结构置于两片陶瓷之间，然后整体置于高精度数显加热台上，利用标准砝码对其施加压力，保压1
‑
5分钟，使Sn钎料和Sn
‑
Bi共晶钎料复合，其中，加热台的温度范围为145
‑
200℃，砝码压力为0.2
‑
1N；步骤5，将上述叠层结构在空气中冷却至室温，获得Sn/Sn
‑
Bi复合钎料。2.根据权利要求1所述的一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述的Sn
‑
Bi共晶钎料块为如下钎料中的一种：
①
Sn
‑
xBi钎料，x为Bi的质量百分比，在50
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：马海涛，董冲，张丹，马浩然，王云鹏，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：