无铅焊料组合物制造技术

一种焊料，可包含锌、铝、镁和镓。锌可以焊料的约82%-96重量%的量存在。铝可以焊料的约3%-15重量%的量存在。镁可以焊料的约0.5%-1.5重量%的量存在。镓可以焊料的约0.5%-1.5重量%的量存在。

【技术实现步骤摘要】
无铅焊料组合物相关申请的交叉引用本申请要求了 2012年8月15日递交的申请号为13/586，074美国专利申请的优先权，其全部引入本文供参考。
本公开内容涉及焊料材料以及更具体而言涉及无或基本无铅的焊料材料。
技术介绍
焊料材料用于各种机电和电子器件的制造和组装中。过去，焊料材料通常包含相当大量的铅以提供焊料材料所需的性能，例如熔点、湿润性、延展性和热导率。同样开发了一些基于锡的焊料。近年来，已经尝试生产提供所需性能的无铅和无锡焊料材料。MM在某些实施方案中，焊料组合物可包含约82-96重量％的锌、约3-约15重量％的铝、约0.5-约1.5重量％的镁、和约0.5-约1.5重量％的镓。在某些实施方案中，焊料组合物可包含约0.75-约1.25重量％的镁、和约0.75-约1.25重量％的镓。在其它实施方案中，焊料组合物可包含约1.0重量％镁、和约1.0重量％镓。在更进一步的实施方案中，焊料组合物可包含约82-96重量％的锌、约3-约15重量％的铝、约0.5-约1.5重量％的镁、约0.5-约1.5重量％的镓、和约0.1-约2.0重量％的锡。焊料组合物可包含掺杂剂。在某些实施方案中，焊料组合物包含约0.5重量％或更少的掺杂剂。在其它实施方案中，掺杂剂包括铟、磷、锗、铜或其组合。在某些实施方案中，焊料组合物可为无铅的。在其他实施例中，焊料组合物可为无锡的。在某些实施方案中，焊料组合物可为焊条。在另外其他的实施方案中，组合物可为直径为小于约I毫米的焊条。在本公开内容的其它实施方案中，提供形成磷掺杂的焊料的方法。该方法可包括在惰性气体的正压力下生产熔体，以及将熔体成形为坯段(billet)。该熔体可包括焊料材料以及量为约IOppm-约5000ppm的磷。在某些实施方案中，焊料材料包含至少一种选自锌、铝、铋、锡、铜和铟的组分。在另外其他的实施方案中，该方法包括在生产和形成步骤之间使惰性气体经过熔体鼓泡的附加步骤。虽然公开了多个实施方案，由以下显示和记载了本专利技术的说明性实施方案的详细说明，本专利技术的另外其他实施方案对于本领域技术人员变得显而易见。因此，详细说明被认为是实质上说明性的而非限制性的。【附图说明】图1显示用于高角度断线率测试的实验设备。图2显示用于低角度断线率测试的实验设备。图3显示实施例2中样品34的热分析。图4显示实施例2中样品35的热分析。详细说明焊料组合物为用于结合两块基材或工件且具有比工件低的熔点的可熔融金属和金属合金。焊料组合物，例如用于半导体产业中芯片(die)连接应用的那些，可以许多不同形式提供，包括但不限于块状(bulk)焊料产物、焊膏和焊条。焊膏可为流体或油灰状材料，其可使用各种方法施用至基材，包括但不限于印刷和分配，例如用注射器。示例性的焊膏组合物可通过使粉末的金属焊料与焊剂(flux)，充当临时粘合剂的浓稠(thick)介质混合而形成。该焊剂可使焊膏组分保持在一起直到焊料工艺熔化粉末焊料为止。根据如何将焊膏施用至基材，焊膏的合适粘度可能不同。焊膏的合适粘度包括300，000-700，000厘泊(cps)。在其它实施方案中，焊料组合物可作为焊条提供。焊条可通过经由口模(die)牵引焊料材料以在线轴上提供细焊条而形成。合适的焊条可具有小于约I毫米(_)的直径，例如约0.3-约0.8_。在某些实施方案中，焊条能够缠绕或盘绕在线轴上而未断为两段或更多段。例如，焊条可缠绕在内部轴直径为51mm和两个外部凸缘直径为102mm的线轴上。随着焊条缠绕在线轴上，最靠近内部轴的部分焊条缠绕成有效直径为大约51_的线轴。随着另外的焊条缠绕在线轴上，线轴的有效直径因为焊条而增加，并且在内部轴上形成多个焊条圈后，线轴的有效直径比51mm可为更接近102mm。不考虑形态，焊料组合物可评价其固相线(solidus)温度、熔融温度范围、湿润性、延展性、和热导率。固相线温度用焊料材料开始熔融时的温度量化。低于固相线温度，则焊料材料完全固化。在某些实施方案中，固相线温度可为300°C左右以允许分级焊接(stepsoldering)操作并且在最终使用设备中的热应力降至最小。焊料组合物的熔融温度范围通过固相线温度和液相线温度定义。液相线温度用焊料材料完全熔融时的温度量化。液相线温度为其中晶体(例如固体材料)可与熔体(例如液体材料)同时存在的最高温度。高于液相线温度时，焊料材料为均相熔体或液体。在某些实施方案中，可优选具有使焊料在两相中存在的范围降至最小的狭窄熔融温度范围。润湿性是指焊料流动并且使基材或工件表面湿润的能力。提高的润湿性通常提供工件之间的增加的粘结强度。可使用点湿试法(dot wet test)测量润湿性。所有的焊接接头在终端设备中在设备寿命内经历降低的焊接接头强度。具有提高延展性的焊料将延长设备寿命并且更合乎需要。易延展的焊料在下文记载的制造中也更合乎能够使焊条能够盘绕或缠绕在线轴上的需要。可用线轴弯曲试验机测量延展性并且可包括低角度(小于90° )和高角度(大于90° )延展性测量。合适的延展性值取决于焊料材料的最终用途。在某些实施方案中，合适的焊料材料可具有0%的高角度断线率和小于50%，小于40%或小于30%的低角度断线率。高热导率可能也是设备性能所需的。在某些实施方案中，焊料材料可使芯片连接至引线框。在这种实施方案中，对于焊料而言将热传导进入引线框可能是合乎需要的。在某些实例中，高热导率对于高功率应用为特别合乎需要的。在某些实施方案中，合适的焊料材料可具有大于20瓦特每米开尔文(W/m-K)的热导率。在其它实施方案中，合适的焊料材料的热导率可为大于10W/m-K或从10W/m-K至约W/m-K。在另外的实施方案中，焊料材料的热导率低至10、12、14W/m-K或高至15、18、20或25W/m_K或可在由任一对的上述值限定的任何范围内。焊料材料可为无铅的。例如基于锌/铝的、或基于铋/铜的焊料材料可为无铅的。本文中所用的“无铅”是指焊料材料包含小于0.1重量％的铅。在某些实施方案中，焊料材料可为无锡的。例如基于锌/铝的、或基于铋/铜的焊料材料可为无锡的。本文中所用的“无锡”是指焊料材料包含小于0.1重量％的锡。在某些实施方案中，基于锌/铝的焊料材料可包含锌和铝作为主要组分以及镁和镓作为次要组分。在某些实施方案中，基于锌/铝的焊料材料可包含约82-约96重量％的锌、约3-约15重量％的铝、约0.5-约1.5重量％的镁、和约0.5-约1.5重量％的镓。在具体的实施方案中，锌可以低至82、84或86重量％或者高至92、94或96重量％的量存在，或可在任一对上述数值所限定的任何范围内存在；铝可以低至2、3、4重量％，或高至5、7、10、12或15重量％的量存在，或可在任一对上述数值所限定的任何范围内存在；镁可以低至0.5,0.75、或0.9重量％，或高至1.0,1.25、或1.5重量％的量存在，或可在任一对上述数值所限定的任何范围内存在；并且镓可以低至0.5,0.75或0.9重量％，或高至1.0、1.25或1.5重量％的量存在，或可在任一对上述数值所限定的任何范围内存在。在另外的其它实施方案中，基于锌/铝的焊料材料可包含约82-约96重量％的锌、约3-约15重量％的铝、约1.0重量％的镁、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊料组合物，包含：约82?96重量%的锌；约3?约15重量%的铝；约0.5?约1.5重量%的镁；和约0.5?约1.5重量%的镓。

【技术特征摘要】
2012.08.15 US 13/586,0741.一种焊料组合物，包含: 约82-96重量％的锌； 约3-约15重量％的铝； 约0.5-约1.5重量％的镁；和 约0.5-约1.5重量％的镓。2.根据权利要求1的焊料组合物，包含: 约0.75-约1.25重量%的镁；和 约0.75-约1.25重量％的镓。3.根据权利要求1的焊料组合物，包含: 约1.0重量％的镁；和 约1.0重量％的镓。4.根据权利要求1的焊料组合物,并且进一步包含: 约0.1-约2.0重量％...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·李，M·R·平特，D·E·斯蒂尔，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：