[發(fā)明專利]一種無鉛多層焊料球及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810410981.5
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108637520A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣秋菊
• 申請（專利權(quán)）人: 大連圣多教育咨詢有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/18;H05K3/34
• 代理公司: 大連創(chuàng)達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 21237
• 代理人: 劉濤

本發(fā)明涉及一種無鉛多層焊料球及其制備方法和應(yīng)用，屬于電子封裝材料領(lǐng)域。一種無鉛多層焊料球，所述焊球具有三層核殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)核為鐵磁性球體，鐵磁性球體外覆蓋錫基焊料中間層，錫基焊料中間層外覆蓋錫基焊料外層，所述錫基焊料中間層包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下的下述組分：8.5~9%Zn、0.1~0.2%Cr、0.5~1%Ag和余量Sn；所述錫基焊料外層為Sn?3Ag?0.5Cu、Sn?5Sb、Sn?3.5Ag或Sn?0.7Cu中的一種，且鐵磁性球體的熔點(diǎn)高于錫基焊料外層的熔點(diǎn)。本發(fā)明所述焊料球內(nèi)核為磁性材料，其在電磁場的作用下，只有焊球被加熱，而其他部分沒有被加熱，可以避免其他部件的熱損傷問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無鉛多層焊料球及其制備方法和應(yīng)用，屬于電子封裝材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電子信息產(chǎn)品的不斷更新和發(fā)展，其對電子信息產(chǎn)品的微型化、低成本、多功能、便攜式以及高可靠性提出了更高的要求。微電子封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新，其中倒裝芯片在微電子封裝中得到廣泛應(yīng)用，成為芯片封裝技術(shù)走向微小化的主流技術(shù)。電子封裝的主要作用是傳遞電力與電路訊號，提供散熱途徑，承載與保護(hù)封裝結(jié)構(gòu)。

目前，常用的焊接材料為錫基焊料，最為典型的錫基焊料為Sn-37Pb。然而，隨著歐盟WEEE/ROHS法案的實(shí)施，鉛的使用被大幅限制，為此，無鉛焊料成為本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前常見的無鉛錫基焊料，如Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Cu-Ag、Sn-Bi等，可替代Sn-37Pb用作焊料。 在利用這些焊料進(jìn)行焊接時(shí)，其中一個(gè)問題是由于回流焊的溫度大致在200左右，其會導(dǎo)致基板、芯片等發(fā)生變形。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種無鉛多層焊料球及其制備方法及應(yīng)用，所述無鉛焊料可解決基板、芯片等發(fā)生變形的問題。

一種無鉛多層焊料球，所述焊球具有三層核殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)核為鐵磁性球體，鐵磁性球體外覆蓋錫基焊料中間層，錫基焊料中間層外覆蓋錫基焊料外層，

所述錫基焊料中間層包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下的下述組分：8.5~9% Zn、0.1~0.2% Cr、0.5~1%Ag和余量Sn；所述錫基焊料外層為Sn-3Ag-0.5Cu、Sn-5Sb、Sn-3.5Ag或Sn-0.7Cu中的一種，且鐵磁性球體的熔點(diǎn)高于錫基焊料外層的熔點(diǎn)。

本發(fā)明所述鐵磁性球體優(yōu)選，所述鐵磁性球體的材料為鐵、鈷、鎳金屬或它們的合金。本發(fā)明所述鐵磁性球體可依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)提供方法，如冶金粉末制備方法，氣體霧化方法制得，或商業(yè)購得。

進(jìn)一步地，優(yōu)選所述鐵磁性球體的直徑可根據(jù)待焊接的基板和芯片之間的預(yù)期間距確定，優(yōu)選其為50~300微米。

本發(fā)明所述鐵磁性球體為顆粒大小均一的鐵磁性球。

本發(fā)明所述鐵磁性球體優(yōu)選，所述鐵磁性球體的居里溫度高于錫基焊料中間層和錫基焊料外層的居里溫度。

本發(fā)明所述無鉛多層焊料球優(yōu)選，所述錫基焊料中間層的厚度為5~50微米。

本發(fā)明所述無鉛多層焊料球優(yōu)選，所述錫基焊料中間層材料包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下的下述組分：8.75~9% Zn、0.1~0.15% Cr、0.5~0.8% Ag，余量Sn。

進(jìn)一步地，所述錫基焊料中間層材料包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下的下述組分：8.86% Zn、0.14% Cr、0.62% Ag，余量Sn。

本發(fā)明所述錫基焊料中間層材料按下述方法制得： 按原料比例，氮?dú)鈿夥障拢瑢⒔饘賁n和金屬Zn顆粒于600~620℃下使之完全熔化，并保持該溫度至少2h，獲得Sn-Zn合金；將Sn-Zn合金與金屬Ag和金屬Cr顆粒混合，于氬氣氛圍下，密封條件下，900~980℃使之完全熔化，并保持該溫度至少2h。

本發(fā)明所述無鉛多層焊料球優(yōu)選，所述錫基焊料外層的厚度為100~500微米。