用于高温应用的具有混合焊料粉末的无铅焊膏制造技术

本公开内容的一些实施涉及具有混合焊料粉末的无铅焊膏，其特别适用于涉及多板级回流操作的高温焊接应用。在一个实施中，焊膏由以下组成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，该第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比为0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金组成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，该第二焊料合金粉末由包括至少80wt％的Sn的Sn焊料合金组成；以及余量的助焊剂。的助焊剂。的助焊剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高温应用的具有混合焊料粉末的无铅焊膏
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年4月29日提交的名称为“用于高温应用的具有混合焊料粉末的无铅焊膏”的美国临时专利申请号63/017,469的权益，其通过引用以其整体并入本文。


[0003]本公开内容涉及无铅焊膏。

技术介绍

[0004]通过处置电子组件产生的铅(Pb)被认为对环境和人类健康有害。法规越来越多地禁止在电子互连和电子封装工业中使用铅基焊料。2006年7月1日颁布的危害物质限制(RoHS)指令(The Restriction of Hazardous Substances Directed(RoHS)directive)已成功地导致将SnPb焊料合金替换为无铅焊料合金。基于SnAg、SnCu和SnAgCu(SAC)的焊料已成为半导体和电子工业中形成互连的常用焊料。然而，开发高熔化温度无铅焊料以替换常规的高铅焊料(例如，Pb
‑
5Sn和Pb
‑
5Sn
‑
2.5Ag)仍处于早期阶段。
[0005]高熔化温度焊料的常见用途是半导体表面安装装置/部件的芯片(die)附接，其中芯片将被结合在引线之间或引线框架上。然后，这些表面安装部件/装置被用于一个或多个后续的板级焊接工艺。例如，使用高熔化温度焊料将硅芯片焊接到引线框架上以形成组件。随后，通过板级回流，将装置(封装或未封装)附接到印刷线路板(PWB)上。同一板可能会暴露于多次回流。在整个工艺期间，硅芯片和引线框架之间的内部连接应保持良好。这要求高熔化温度焊料能够抵抗多次回流焊接工艺，而不会导致任何功能失效。
[0006]瞬态液相结合(TLPB)技术旨在通过在低熔化温度合金和高熔化温度合金之间形成金属间化合物(IMC)，实现焊接接头的更高重熔温度。在TLPB设计中，低熔化相在回流期间大部分或甚至完全消耗，以达到高熔化温度目标。在回流期间，高熔化合金表面上的界面IMC形成和持续的IMC生长以低熔化合金和高熔化合金二者为代价。

技术实现思路

[0007]本公开内容的一些实施涉及一种含有混合焊料粉末的无铅焊膏，该无铅焊膏特别适用于涉及多板级回流操作的高温焊接应用。
[0008]在一个实施方式中，焊膏由以下组成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，该第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比为0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金组成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，该第二焊料合金由包含至少80wt％的Sn的Sn焊料合金组成；以及余量的助焊剂。
[0009]在一些实施中，焊膏由50wt％至90wt％的第一焊料合金粉末、10wt％至50wt％的第二焊料合金粉末，以及余量的助焊剂组成。在一些实施中，焊膏由75wt％至90wt％的第一焊料合金粉末、10wt％至25wt％的第二焊料合金粉末，以及余量的助焊剂组成。
[0010]在一些实施中，焊膏由小于50wt％的第一焊料合金粉末、大于50wt％的第二焊料
合金粉末，以及余量的助焊剂组成。
[0011]在一些实施中，第一焊料合金粉末的固相线温度为300℃至360℃，并且其中第二焊料合金粉末的固相线温度为200℃至250℃。在一些实施中，第二焊料合金粉末的固相线温度为215℃至245℃。在一些实施中，第一焊料合金粉末的液相线温度不大于360℃。在一些实施中，第二焊料合金粉末的液相线温度不大于250℃。在一些实施中，第二焊料合金粉末的液相线温度不大于245℃。
[0012]在一些实施中，第一焊料合金粉末由以下组成：4wt％至10wt％的Cu；4wt％至20wt％的Ag；任选地，0.5wt％或更少的Bi、Co、In、Ge、Ni、P或Zn；以及余量的比为0.75至1.1的Sn和Sb。
[0013]在一些实施中，第二焊料合金粉末为SnAg、SnCu、SnAgCu、SnSb、SnAgCuSb、SnAgY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)、SnCuY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)、SnAgCuY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)或SnAgCuSbY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)。
[0014]在一些实施中，第二焊料合金粉末包括0.1至4wt％的Ag、0.1至1wt％的Cu或0.1至11wt％的Sb。在一些实施中，第二焊料合金粉末包含0.1至4wt％的Ag、0.1至1wt％的Cu、和0.1至11wt％的Sb。
[0015]在一些实施中，第二焊料合金粉末掺杂有Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn。
[0016]在一些实施中，焊膏的第一熔化峰的热吸收与焊膏的第二熔化峰的热吸收的比为0.15或更小。
[0017]在一个实施方式中，方法包括：在基板和装置之间施加焊膏以形成组件，其中焊膏由以下组成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，该第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比率为0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金组成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，该第二焊料合金粉末由包括至少80wt％的Sn的Sn焊料合金组成；以及余量的助焊剂；在高于320℃的峰值温度下对组件进行第一回流焊接工艺，以从焊膏形成焊接接头；并且在形成焊接接头后，在230℃至270℃的峰值温度下对组件进行第二回流焊接工艺。在一些实施中，装置是硅芯片，基板包括Cu引线框架，并且焊膏被施加在Cu引线框架和硅芯片之间。在一些实施中，焊接接头在第二回流焊接工艺期间保持大于或等于10MPa的结合剪切强度。
[0018]在一个实施方式中，焊接接头通过以下工艺形成：在基板和装置之间施加焊膏以形成组件；并回流焊接组件以形成焊接接头；其中焊膏由以下组成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，该第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比为0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金组成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，该第二焊料合金由包括至少80％的Sn的Sn焊料合金组成，以及余量的助焊剂。
[0019]本公开内容的其他特征和方面将结合附图从以下具体实施方式中变得显而易见，附图以举例的方式示出了根据各种实施方式的特征。本
技术实现思路
不旨在限制本专利技术的范围，本专利技术的范围仅由本文所附权利要求书限定。
附图说明
[0020]根据一个或多个不同实施方式，本文所公开的技术将参考所包括的附图进行详细描述。提供附图仅用于说明的目的，并且仅描绘实例实施。
[0021]图1是显示几种无铅结合材料和高铅焊料的作为温度的函数的结合剪切强度
(MPa)的图表。
[0022]图2描绘了SnSb的相图。
[0023]图3为五种不同焊膏在不同测试温度(℃)下的结合剪切强度(MPa)的图表。
[0024]图4显示了对于图3所描绘的五种焊膏用TA Q2000 DSC进行的差示扫描量热仪(DSC)加热曲线。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种焊膏，其由以下组成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，所述第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比为0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金组成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，所述第二焊料合金粉末由包括至少80wt％的Sn的Sn焊料合金组成；以及余量的助焊剂。2.根据权利要求1所述的焊膏，其中所述焊膏由以下组成：50wt％至90wt％的所述第一焊料合金粉末、10wt％至50wt％％的所述第二焊料合金粉末、以及余量的所述助焊剂。3.根据权利要求2所述的焊膏，其中所述焊膏由以下组成：75wt％至90wt％的所述第一焊料合金粉末、10wt％至25wt％的所述第二焊料合金粉末、以及余量的所述助焊剂。4.根据权利要求2所述的焊膏，其中所述第一焊料合金粉末的固相线温度为300℃至360℃，并且其中所述第二焊料合金粉末的固相线温度为200℃至250℃。5.根据权利要求4所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末的固相线温度为215℃至245℃。6.根据权利要求4所述的焊膏，其中所述第一焊料合金粉末的液相线温度不大于360℃。7.根据权利要求4所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末的液相线温度不大于250℃。8.根据权利要求5所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末的液相线温度不大于245℃。9.根据权利要求1所述的焊膏，其中所述第一焊料合金粉末由以下组成：4wt％至10wt％的Cu；4wt％至20wt％的Ag；任选地，0.5wt％或更少的Bi、Co、In、Ge、Ni、P或Zn；以及余量的比为0.75至1.1的Sn和Sb。10.根据权利要求1所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末为SnAg、SnCu、SnAgCu、SnSb、SnAgCuSb、PnAgY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)、SnCuY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)、SnAgCuY(Y＝Bi，Co，Ge，In，Ni，P，Sb或Zn)或SnAgCuSbY(Y＝Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn)。11.根据权利要求10所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末包括0.1至4wt％的Ag、0.1至1wt％的Cu或0.1至11wt％的Sb。12.根据权利要求11所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏闻，S，
申请(专利权)人：铟泰公司，
类型：发明
国别省市：