复合材料焊料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料焊料及其制备方法。该复合材料焊料包含作为基体的金属焊料和作为增强体的ＳｉＣ晶须，其中金属焊料可以为含铅金属焊料或无铅金属焊料，ＳｉＣ晶须所占的体积百分比可以为０．１％－３０％，直径可以为０．５－１微米，长径比可以为２０∶１至４０∶１。该复合材料焊料具有较高的抵抗蠕变和抵抗裂纹扩展的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于将电子元件进行互连的焊料，具体地讲，涉及一种金 属焊料基陶瓷晶须增强的复合材料焊料以及该复合材料焊料的制备方法。
技术介绍
焊料互连是各级电子互连的重要方式之一，主要用于倒装芯片(flipchip)、球栅阵列封装(BGA)、四侧引脚扁平封装(QFP)等封装技术。在适 用于将电子元件进行互连的焊料中，锡铅焊料以其优异的性能和低廉的成本 而成为电子互连领域中主要釆用的焊接材料。近来，由于减少和防止环境污 染的原因，无铅焊料逐渐引起了人们的关注。目前，所开发的无铅焊料主要 包括二元合金无铅焊料和多元合金无铅焊料。二元合金无铅焊料的示例为 Sn-Ag、 Sn-Cu、 Sn-Bi、 Sn-Zn、 Sn-Sb等；多元合金无铅焊料的示例为Sn-Ag-Cu、 Sn-Zn-Bi、 Sn-Ag-Bi画Cu、 Sn-Ag-Bi-In、 Sn-Ag-Bi-Cu-Ge等。然而，由于电子设备的日益小型化和多功能化的发展趋势需要不断地提 高电子元件的集成度，因而也需要不断地改进焊料的性能，从而使焊料能够 经受长时间的加热、温度变化、热膨胀差异、机械振动等的影响，并防止裂 紋等缺陷的产生和扩展，进而提高半导体装置中电子互连的可靠性。 因此，开发与利用性能优异的焊料成为人们研究的重点。 为了提高焊料的性能，可以采用优化金属焊料的组成、将焊料颗粒纳米 化和添加增强体等多种方式，其中关于添加增强体方面的研究最为丰富。例 如，可以向金属焊料中添加金属纳米颗粒，诸如Cu、 Mo、 Ta等纳米颗粒， 从而提高焊料的微观硬度；可添加微量稀土元素，诸如Sc、 La、 Ce、 Er、 Y 等，从而细化晶粒，提高焊料的润湿性能，并提高焊料的断裂韧性；可添加 惰性材料，诸如纳米多面低聚倍半硅氧烷(POSS)材料(如图la所示)，POSS 作为惰性的无机/有机混合材料可增强金属焊料与增强体之间的相互作用，从 而提高焊料的机械性能；可物理或化学地添加金属间化合物，诸如纳米Cu6Sn5 材料(如图lb所示)，从而提高焊料的蠕变应变率敏感性等性能；可以向液4态金属焊料中添加细小的铁磁颗粒，这种细小的分散质颗粒可提高焊料的抗变形和抗蠕变能力；可以添加陶瓷颗粒，诸如八1203颗粒等，从而提高焊料 的机械性能；此外，还可以添加氧化钛、氧化锆和氮化铝等氧化物或氮化物 颗粒，以提高焊料的微观硬度。虽然这些增强体可以起到分担基体所承受的载荷、增加基体中的位错等 作用，从而提高焊料承受热疲劳和机械冲击的能力，但是目前研究的这些增 强体仍然具有多方面的缺点。例如，微量元素的添加对焊料性能的提高非常有限，金属间化合物常常由于回流过程中与基体的反应而导致互连强度降低， 而氧化铝等颗粒则会在回流过程中存在团聚问题，并影响焊料与焊盘的润湿 性能等。因此，仍然需要对焊料的增强体进行不断的探索和研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合材料焊料，该复合材料焊料具有较高的 抵抗蠕变和抵抗裂紋扩展的能力。本专利技术的另一目的在于提供一种复合材料焊料的制备方法，以制备能够 有效地提高焊料抵抗蠕变和抵抗裂紋扩展的能力的复合材料焊料。本专利技术的另一目的在于提供一种电子组件，以提高电子组件的可靠性。本专利技术的另一目的在于提供一种电子元件的连接方法，以提高电子互连 的可靠性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种复合材料焊料，该复合材料 焊料包含作为基体的金属焊料和作为增强体的SiC晶须，其中金属焊料可以 为含铅金属焊料或无铅金属焊料，SiC晶须所占的体积百分比可以为 0.1%-30%,直径可以为0.5-1微米，长径比可以为20:1至40:1。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了 一种复合材料焊料的制备方法， 包括(a)将作为基体的金属焊料与作为增强体的SiC晶须进行混合，得到 混合物；(b)使上述混合物成型，得到复合材料焊料。其中金属焊料可以为 含铅金属焊料或无铅金属焊料，SiC晶须所占的体积百分比可以为0.1%-30%， 直径可以为0.5-1樣i米，长径比可以为20:1至40:1。该制备方法可以采用搅 拌铸造、粉末冶金、挤压铸造或喷射沉积方式中的一种。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种电子组件，该电子组件由至少两个电子元件连接组成，所述连接釆用如上所述的复合材料焊料。其中为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种电子元件的连接方法，所 述连接采用如上所述的复合材料焊料。通过参考以下结合附图对实施例进行的描述和说明，本专利技术的上述目的 和优点将变得更加明了。附图说明图la是根据现有技术的以纳米POSS为增强体的焊料的SEM图。图lb是根据现有技术的掺杂有纳米Cu6Sn5的Sn-Ag-Cu焊料的TEM图。图2是根据本专利技术的以金属焊料为基体且以SiC晶须为增强体(金属焊料/ SiC晶须)的复合材料焊料的微结构的示意图。图3是在根据本专利技术的金属焊料/ SiC晶须复合材料焊料中裂紋扩展的示意图。图4是根据本专利技术的SiC晶须增强体互相搭接的示意图。图5a至图5d是根据本专利技术的金属焊料/SiC晶须复合材料焊料的制备方法的示意图，其中图5a至图5d分别是搅拌铸造、粉末冶金、挤压铸造和喷射沉积方式的示意图。图6a至图6c是半导体封装件利用根据本专利技术的金属焊料/ SiC晶须复合材料焊料在电子元件之间进行焊料互连的示意图。具体实施例方式在下文中，参照附图更充分地描述了本专利技术，本专利技术的实施例示出在附 图中。然而，本专利技术可以以多种不同的形式来实施，且不应#:理解为局限于 在此提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的， 且将把本专利技术的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰 起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。参照图2，根据本专利技术的复合材料焊料包括作为基体的金属焊料和作为 增强体的SiC晶须。SiC晶须分散在金属焊料基体中。一方面，对于金属焊料基体来说，所述金属焊料可以为含铅金属焊料或 无铅金属焊料，例如可以是由Sn、 Pb、 Ag、 Cu、 Bi、 Zn、 Sb、 In、 Ge和Mg中的至少两种金属形成的合金。其中含铅金属焊料可以为锡铅焊料；无铅 金属焊料可为二元合金无铅焊料或多元合金无铅焊料，例如Sn-Ag、 Sn-Cu、 Sn-Bi、 Sn-Zn、 Sn-Sb、 Sn-Ag-Cu、 Sn-Zn-Bi、 Sn-Ag-Bi画Cu、 Sn-Ag画Bi-In、 Sn-Ag-Bi-Cu-Ge等。另一方面，对于SiC晶须增强体来说，SiC晶须通常是一种直径为纳米 级至微米级的具有高度曲线性的纤维晶体材料。SiC晶须的晶体结构缺陷少， 长径比大(可为大约20:1-100:1 ),强度高，因此增强效果非常好。另外，SiC 晶须还具有很高的抗拉强度和弹性模量，例如SiC晶须的抗拉强度可达到 7GPa，弹性模量可达到550GPa。再者，SiC晶须的热胀系数低、导热系数高， 还具有较高的化学稳定性以及抗高温氧化性，并与Al、 Ti、 Mg等多种金属 之间有良好的化学相容性和润湿性。因此，在如图2所示的金属焊料/SiC晶须复合材料焊料中，当该复合材 料焊料承受热疲劳或冲击等作用时，分散在基体中的增强体SiC晶须可以分 担一部分载荷，使作用在基体中的应力减小，从而提高复合材料焊料的机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料焊料，包含作为基体的金属焊料和分散在所述基体中作为增强体的ＳｉＣ晶须。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海，
申请(专利权)人：三星半导体中国研究开发有限公司，三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]