用于高溫應用的具有混合焊料粉末的無鉛焊膏制造技術

本公開內容的一些實施涉及具有混合焊料粉末的無鉛焊膏，其特別適用于涉及多板級回流操作的高溫焊接應用。在一個實施中，焊膏由以下組成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，該第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比為0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金組成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，該第二焊料合金粉末由包括至少80wt％的Sn的Sn焊料合金組成；以及余量的助焊劑。的助焊劑。的助焊劑。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于高溫應用的具有混合焊料粉末的無鉛焊膏
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2020年4月29日提交的名稱為“用于高溫應用的具有混合焊料粉末的無鉛焊膏”的美國臨時專利申請號63/017,469的權益，其通過引用以其整體并入本文。


[0003]本公開內容涉及無鉛焊膏。

技術介紹

[0004]通過處置電子組件產生的鉛(Pb)被認為對環境和人類健康有害。法規越來越多地禁止在電子互連和電子封裝工業中使用鉛基焊料。2006年7月1日頒布的危害物質限制(RoHS)指令(The Restriction of Hazardous Substances Directed(RoHS)directive)已成功地導致將SnPb焊料合金替換為無鉛焊料合金。基于SnAg、SnCu和SnAgCu(SAC)的焊料已成為半導體和電子工業中形成互連的常用焊料。然而，開發高熔化溫度無鉛焊料以替換常規的高鉛焊料(例如，Pb
?
5Sn和Pb
?
5Sn
?
2.5Ag)仍處于早期階段。
[0005]高熔化溫度焊料的常見用途是半導體表面安裝裝置/部件的芯片(die)附接，其中芯片將被結合在引線之間或引線框架上。然后，這些表面安裝部件/裝置被用于一個或多個后續的板級焊接工藝。例如，使用高熔化溫度焊料將硅芯片焊接到引線框架上以形成組件。隨后，通過板級回流，將裝置(封裝或未封裝)附接到印刷線路板(PWB)上。同一板可能會暴露于多次回流。在整個工藝期間，硅芯片和引線框架之間的內部連接應保持良好。這要求高熔化溫度焊料能夠抵抗多次回流焊接工藝，而不會導致任何功能失效。
[0006]瞬態液相結合(TLPB)技術旨在通過在低熔化溫度合金和高熔化溫度合金之間形成金屬間化合物(IMC)，實現焊接接頭的更高重熔溫度。在TLPB設計中，低熔化相在回流期間大部分或甚至完全消耗，以達到高熔化溫度目標。在回流期間，高熔化合金表面上的界面IMC形成和持續的IMC生長以低熔化合金和高熔化合金二者為代價。

技術實現思路

[0007]本公開內容的一些實施涉及一種含有混合焊料粉末的無鉛焊膏，該無鉛焊膏特別適用于涉及多板級回流操作的高溫焊接應用。
[0008]在一個實施方式中，焊膏由以下組成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，該第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比為0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金組成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，該第二焊料合金由包含至少80wt％的Sn的Sn焊料合金組成；以及余量的助焊劑。
[0009]在一些實施中，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，以及余量的助焊劑組成。在一些實施中，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，以及余量的助焊劑組成。
[0010]在一些實施中，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，以及余量的助焊劑組成。
[0011]在一些實施中，第一焊料合金粉末的固相線溫度為300℃至360℃，并且其中第二焊料合金粉末的固相線溫度為200℃至250℃。在一些實施中，第二焊料合金粉末的固相線溫度為215℃至245℃。在一些實施中，第一焊料合金粉末的液相線溫度不大于360℃。在一些實施中，第二焊料合金粉末的液相線溫度不大于250℃。在一些實施中，第二焊料合金粉末的液相線溫度不大于245℃。
[0012]在一些實施中，第一焊料合金粉末由以下組成：4wt％至10wt％的Cu；4wt％至20wt％的Ag；任選地，0.5wt％或更少的Bi、Co、In、Ge、Ni、P或Zn；以及余量的比為0.75至1.1的Sn和Sb。
[0013]在一些實施中，第二焊料合金粉末為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]在一些實施中，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。在一些實施中，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]在一些實施中，第二焊料合金粉末摻雜有Bi、Co、Ge、In、Ni、P、Sb或Zn。
[0016]在一些實施中，焊膏的第一熔化峰的熱吸收與焊膏的第二熔化峰的熱吸收的比為0.15或更小。
[0017]在一個實施方式中，方法包括：在基板和裝置之間施加焊膏以形成組件，其中焊膏由以下組成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，該第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比率為0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金組成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，該第二焊料合金粉末由包括至少80wt％的Sn的Sn焊料合金組成；以及余量的助焊劑；在高于320℃的峰值溫度下對組件進行第一回流焊接工藝，以從焊膏形成焊接接頭；并且在形成焊接接頭后，在230℃至270℃的峰值溫度下對組件進行第二回流焊接工藝。在一些實施中，裝置是硅芯片，基板包括Cu引線框架，并且焊膏被施加在Cu引線框架和硅芯片之間。在一些實施中，焊接接頭在第二回流焊接工藝期間保持大于或等于10MPa的結合剪切強度。
[0018]在一個實施方式中，焊接接頭通過以下工藝形成：在基板和裝置之間施加焊膏以形成組件；并回流焊接組件以形成焊接接頭；其中焊膏由以下組成：10wt％至90wt％的第一焊料合金粉末，該第一焊料合金粉末由Sn:Sb的wt％比為0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金組成；10wt％至90wt％的第二焊料合金粉末，該第二焊料合金由包括至少80％的Sn的Sn焊料合金組成，以及余量的助焊劑。
[0019]本公開內容的其他特征和方面將結合附圖從以下具體實施方式中變得顯而易見，附圖以舉例的方式示出了根據各種實施方式的特征。本
技術實現思路
不旨在限制本專利技術的范圍，本專利技術的范圍僅由本文所附權利要求書限定。
附圖說明
[0020]根據一個或多個不同實施方式，本文所公開的技術將參考所包括的附圖進行詳細描述。提供附圖僅用于說明的目的，并且僅描繪實例實施。
[0021]圖1是顯示幾種無鉛結合材料和高鉛焊料的作為溫度的函數的結合剪切強度
(MPa)的圖表。
[0022]圖2描繪了SnSb的相圖。
[0023]圖3為五種不同焊膏在不同測試溫度(℃)下的結合剪切強度(MPa)的圖表。
[0024]圖4顯示了對于圖3所描繪的五種焊膏用TA Q2000 DSC進行的差示掃描量熱儀(DSC)加熱曲線。
[0025]本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種焊膏，其由以下組成：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％比為0.75至1.1的SnSbCuAg焊料合金組成；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焊料合金組成；以及余量的助焊劑。2.根據權利要求1所述的焊膏，其中所述焊膏由以下組成：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劑。3.根據權利要求2所述的焊膏，其中所述焊膏由以下組成：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劑。4.根據權利要求2所述的焊膏，其中所述第一焊料合金粉末的固相線溫度為300℃至360℃，并且其中所述第二焊料合金粉末的固相線溫度為200℃至250℃。5.根據權利要求4所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末的固相線溫度為215℃至245℃。6.根據權利要求4所述的焊膏，其中所述第一焊料合金粉末的液相線溫度不大于360℃。7.根據權利要求4所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末的液相線溫度不大于250℃。8.根據權利要求5所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末的液相線溫度不大于245℃。9.根據權利要求1所述的焊膏，其中所述第一焊料合金粉末由以下組成：4wt％至10wt％的Cu；4wt％至20wt％的Ag；任選地，0.5wt％或更少的Bi、Co、In、Ge、Ni、P或Zn；以及余量的比為0.75至1.1的Sn和Sb。10.根據權利要求1所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末為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.根據權利要求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.根據權利要求11所述的焊膏，其中所述第二焊料合金粉末...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張宏聞，S，
申請(專利權)人：銦泰公司，
類型：發明
國別省市：