[發(fā)明專利]一種雙相基板與無鉛釬料的焊點及其制備工藝

在審

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• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109175572A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 胡小武;李超;江雄心;李玉龍
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種雙相非均質基板無鉛錫基焊點及制備工藝，屬于電子封裝與互連技術領域，選用純度為99.99％的Cu和Co按照一定比例配制進行真空感應熔煉，兩種金屬充分熔合后制備得到Cu?Co合金雙相基板，選用Sn3.0Ag0.5Cu釬料球，將其放置在制備好的Cu?Co合金雙相基板上形成一個組合體，隨后把組合體放入回流焊爐中在所需的溫度290℃下進行釬焊回流，使釬料與基板充分反應形成界面化合物，得到非均質基板無鉛錫基焊點。本發(fā)明具有工藝流程簡單、工藝參數(shù)容易控制等優(yōu)勢，所制備的雙相非均質基板無鉛錫基焊點界面化合物生長受到非常有效的抑制作用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種無鉛焊點及其制備工藝，具體地說是一種雙相Cu-Co合金基板與無鉛釬料的焊點及其制備工藝，屬于電子封裝與互聯(lián)技術領域。

背景技術

在電子封裝領域中，廣泛應用的含鉛釬料已經(jīng)成為鉛污染的重要因素之一。含鉛釬料在焊接的時候，因為熔點較高，有很多鉛蒸汽會在焊接的時候逸出，會輕易被操作人員吸入，誘發(fā)鉛中毒，危害身體健康。此外，一些釬焊設備在使用過程中，會產(chǎn)生很多含有鉛的焊料廢渣，而這些廢料如果不能被很好地處理，將嚴重污染人類的生態(tài)環(huán)境。隨著科技快速地發(fā)展與創(chuàng)新，電子封裝技術應用在各個行業(yè)，這就需要釬料的工藝性能要有更高水平來滿足。人們對消費性電子產(chǎn)品的功能多樣性以及便攜性的不斷追求，迫使研發(fā)人員不斷地增加產(chǎn)品的功能，同時又盡量減小產(chǎn)品的體積和重量，這就對電子封裝技術的發(fā)展和改良提出了新的需求。

在電子工業(yè)中，銅是應用最廣泛的金屬基材之一。然而，大量的研究表明，無鉛焊料與Cu基體之間的界面反應在焊接和時效后更加劇烈，導致Cu基體的大量消耗，焊點形成較厚的金屬間化合物。研究表明：隨著時效溫度上升以及服役時間的增長，界面化合物IMC層的生長越來越快，界面化合物IMC層的厚度也在逐漸增長。為了研究釬焊點缺陷的產(chǎn)生生及生長、電子元件焊接點的可靠性，研究金屬間化合物在釬焊和服役過程中的形態(tài)和生長速率是至關重要的，因為IMC層不合理生長會使釬焊接頭的熱疲勞壽命減小從而影響拉伸強度和斷裂韌性，最終降低焊點的可靠性。

因此，厚金屬間化合物(IMC)的形成可能會影響焊點的可靠性。為了解決上述問題，相關研究表明在無鉛焊料中加入了Ag，Ga，F(xiàn)e，Co，Ti等微量元素，以提高無鉛焊點界面IMC的力學性能。此外，還有一些研究表明，金屬基底的合金化也可以有效地抑制金屬間化合物的生長。研究表明，在銅基板中加入Ni，Zn等元素可以抑制界面化合物的生長。其中，Co及其基體合金由于其良好的潤濕性和低溶解性，近年來被認為是擴散阻擋層和潤濕層的替代材料。

因此，本發(fā)明采用無鉛釬料和一定比例配制Cu-Co合金基板來制備無鉛焊點。在銅基板中加入鈷元素合金化后，由于無鉛釬料中的Sn原子和基板中Cu、Co原子反應速度的差異，會形成不平整的界面，靠近基板一側的金屬間化合物出現(xiàn)凹凸不平的表面形貌。通過實驗發(fā)現(xiàn)基板合金化可以降低基板材料的消耗速度，抑制無鉛焊點界面的IMC層的生長，達到提高焊點可靠性的效果。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在提供一種Cu-Co雙相基板與無鉛釬料焊點的制備工藝,通過真空感應熔煉制備不同質量比例的Cu-Co雙相合金基板，使用回流焊與無鉛釬料進行釬焊制備焊點。本發(fā)明探索Cu-Co雙相基板代替目前普遍使用的純銅基板的可能性，基板合金化可以降低釬焊界面反應速率，減少基板材料的消耗量，抑制金屬間化合物的生長，改善無鉛焊點的界面結構，從而提高無鉛焊點的力學性能和可靠性。

本發(fā)明所述雙相基板與無鉛釬料的焊點制備工藝采用如下技術方案：

步驟一

將金屬Cu和金屬Co使用電子天平按一定比例配制。隨后一起放入耐高溫石英試管中，置于真空感應熔煉爐進行熔煉，待合金熔融狀態(tài)均勻化以后，在爐中冷卻到室溫，再將試管取出，在空氣中冷卻到室溫。所述雙相基板在真空熔煉中充分混合。雙相基板進行打磨拋光處理，準備使用無鉛釬料進行回流焊制備焊點。

步驟二