[發明專利]焊料合金及布置

在審

• 申請號: 201210185967.2
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102814596A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: T.貝倫斯;O.艾興格;A.海因里希;林峰;M.門格爾;E.納佩切尼希;S.奧爾佐;E.里德爾
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/26;B23K1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曲寶壯;李浩

技術領域

各個實施例一般涉及焊料合金及布置(arrangement)。

背景技術

歐盟已經做出決定，在不久的將來禁止對環境有害的物質；已經對報廢車輛ELV做出這種決定，指出諸如鉛等的有害物質應被禁止。在不久的將來，基于鉛的產品，例如用于管芯或半導體芯片附著的基于鉛的焊料材料將被禁止且將從市場消失。

將來，合適的備選焊料材料將基于其經濟可行性進行選擇。合適的備選的成本將必須至少與當前標準焊料材料的成本相當。合適的備選還必須滿足要求且具有必要屬性以用作連接元件（例如焊料連接）。這種備選將必須兼容地用在各種表面上，例如，引線框架或芯片背面上。它們還必須是導電和導熱的，且對于其應用足夠魯棒和可靠，例如，承受高溫或變化的溫度負荷。

另一技術要求是，焊料材料的固相線溫度應高于260℃，使得當實施后續處理時，例如，當焊接印刷電路板時，焊料材料不會熔化和/或軟化。備選焊料材料的其他要求是它們滿足延展性要求，使得可以從焊料材料提供焊料引線。

迄今為止，半導體領域并沒有可以實現批量生產的用于芯片到引線框架或從接線柱（clip）到鍵合墊的連接的無鉛軟焊料備選。技術挑戰在于找到熔化溫度高于在印刷電路板中使用的焊料材料（例如Sn-Ag-Cu系統，典型的熔化溫度是260℃）的熔化溫度的無鉛焊料。然而，熔化溫度不應太高，因為在系統中必須建立高機械應力以冷卻且同時固化焊料。

除了熔化溫度要求，無鉛焊料材料應當具有與各種金屬表面（例如，可以使用的芯片表面或引線框架）的良好的潤濕性，以確保提供最佳連接。焊料材料還應當擁有特定的延展性，使得它可以以引線形式制造和處理。即，引線形式的焊料材料不應是脆的。焊料材料必須承受重復熔化和固化條件以及會應用于材料的機械和熱機負荷，而不劣化。

發明內容

一個實施例是包括鋅、鋁、鎂和鎵的焊料合金，其中鋁組成合金重量的8％至20％，鎂組成合金重量的0.5%至20%，鎵組成合金重量的0.5%至20%，合金的其余部分包括鋅。

附圖說明

圖中，貫穿不同的視圖，相同的附圖標記一般表示相同的部件。附圖沒有必要按比例繪制，而是一般將重點放在說明本發明的原理上。在下面的描述中，參考下面的附圖描述本發明的各個實施例，附圖中：

圖1示出表示焊料合金的熱導率（W/mk）和電導率（10⁶S/m）的關系的圖表；

圖2示出Al-Zn合金的相圖200；

圖3示出Ga-Zn合金的相圖300；

圖4示出Sn-Zn合金的相圖400；

圖5示出Ag-Zn合金的相圖500；

圖6示出Cu-Zn合金的相圖600；

圖7示出Ni-Zn合金的相圖700；

圖8示出根據各個實施例用于附著芯片到載體的方法；

圖9A和9B示出根據各個實施例用于附著芯片到載體的布置；

圖10A至10C示出根據各個實施例包括施加到載體上的焊料合金的布置；

圖11A和11B示出根據各個實施例包括焊料合金的布置的圖像；

圖12至14示出根據各個實施例的焊料合金的差示掃描量熱圖；

圖15示出用于包含鋅、鋁和鎂的焊料合金的實驗焊料組成與理論液相投影的關系的圖示；

圖16示出用于包含鋅、鋁和鍺的焊料合金的實驗焊料組成與理論液相投影的關系的圖示。

具體實施方式

下面的詳細描述參考附圖，附圖通過說明的方式示出可以實踐本發明的特定細節和實施例。用詞“示例性”此處用于表示“用作示例、實例或說明”。此處描述為“示例性”的任意實施例或設計不必解讀為優選地或優于其他實施例或設計。

各個實施例提供用于電子部件的無鉛（無Pb）多層焊料連接系統，包括芯片的至少一側、例如焊料合金等的焊料連接、例如引線框架等的載體以及例如引線框架鍍層等的在載體上形成的鍍層。

與基于鉛的焊料相比，基于鋅的焊料系統具有更好的物理特性，例如更好的熱學/熱導率和電導率。這可以從圖1中看出，其中示出說明熱導率（W/mK）與電導率（10⁶S/m）的關系的圖示。與基于鉛和基于錫的焊料相比，根據測量和計算示出純鋅和包括鋁和鍺的鋅合金具有較高的熱導率和電導率。

圖2示出Al-Zn二元合金的相圖200。具有87.5%的鋅和12.5%的鋁的原子組成，Al-Zn二元合金可以實現約650℃的熔點。