[發明專利]一種制備難變形錫鉍合金預成型焊片方法

有效

• 申請號: 201811113384.2
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109513747B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 邢璧凡;邢鴻偉;徐騰飛;張新平;周舟;馬驍;周敏波
• 申請（專利權）人: 深圳市興鴻泰錫業有限公司;華南理工大學
• 主分類號: B21B3/00
• 分類號: B21B3/00;B21B1/26;B21D1/00;C22C1/02;C22C12/00;C22C1/06
• 代理公司: 深圳市徽正知識產權代理有限公司 44405
• 代理人: 李想

本發明公開了一種制備難變形錫鉍合金預成型焊片的方法，其核心工藝采用兩段式調溫變速及變向壓延法，即低溫高速大壓下量粗軋及高溫低速小壓下量精軋；通過控制壓延過程中的溫度、速度以及入軋方向，并結合其它工序包括低溫熔煉、去殘余應力熱平整、卷曲和裁剪等，實現難變形錫鉍合金預成型焊片的高效率制備。本發明所涉及的預成型焊片制備工藝能有效解決具有本征脆性及難變形特點的錫鉍合金在大變形量加工過程中容易產生材料開裂等問題，合金綜合總變形量可達98％以上；該工藝流程簡單，能大幅提高錫鉍預成型焊片的生產效率，并降低其生產能耗。

技術領域

本發明涉及電子封裝連接材料，特別是涉及一種制備難變形錫鉍合金預成型焊片的方法。

背景技術

近年來，隨著電子工業的高速發展，電子元器件制造技術、微電子集成技術的革新速度加快，因此工業界對于在電子封裝過程中起重要作用的連接材料—釬料的要求亦日益增高。目前，市場上主要的無鉛釬料產品有錫絲、錫條、錫膏、錫球等類型。錫絲主要適用于手工焊與機器自動焊領域，因其在工業生產中效率相對較低，隨著中國制造2025和工業4.0規劃的進一步推進，錫絲未來的使用前景勢必將進一步受到限制。錫條主要用于波峰焊中，自上世紀七八十年代表面組裝技術出現直至發展到近年，特別是在高端封裝領域，因印刷線路板(PCB)單位面積上的元器件排布密度及引腳數目的急劇增加，表面貼裝技術正在逐步取代波峰焊，因此錫條的未來使用量也將進一步受到限制。錫膏作為專門針對表面貼裝技術而誕生的一款產品，近二十年得到了大量的發展，也逐步從有鉛錫膏過渡到了環保無鉛錫膏，但是由于錫膏為錫粉加上膏狀助焊劑混合而成，其自身的粘性、觸變性、耐腐蝕性以及在回流過程中內部有機溶劑揮發、錫粉融化而引起的二次坍塌問題，再加上回流焊接時工藝參數的影響，極易導致錫膏在印刷過程中上錫量不夠以及在回流焊后焊接厚度不均、落錫位置不精確、焊接界面存在空洞、接觸面虛焊等問題的出現，從而引起元器件在服役過程中焊接接頭可靠性下降，降低電子元器件的使用壽命。因此，為解決錫膏存在的問題，以適應高密度封裝對焊點位置、錫量及其形狀更嚴格的要求，一種可嚴格控制合金焊片放置位置、尺寸形狀及錫量，具有良好潤濕性及較高焊接接頭強度的預成型焊片應運而生。

預成型焊片的出現，主要為了適應隨著電子工業高度集成化趨勢而帶來對焊點釬料量、放置位置及形狀越來越精密的要求，使得電子元器件具有更高的微互連可靠性。所謂具有足夠錫量，則是在表面組裝回流焊中，焊點有足夠的金屬量令焊腳與焊盤充分接觸，使其充分浸潤，生成足夠厚度的IMC層以確保所得焊點的強度，防止出現虛焊、立碑等回流焊缺陷。影響預成型焊片金屬含量的主要因素則是預成型焊片的厚度及其形狀，要精準控制這兩項參數，則對預成型焊片材料本身的可加工性及其加工工藝有著十分苛刻的要求。

目前市場上主要存在的預成型焊片有Au–20Sn、Sn–Ag–Cu系(SAC)釬料合金預成型焊片等。Au–20Sn預成型焊片，由于錫、金熔點相差較大，金較為硬脆等特點導致所得金錫合金難以加工成型，因而其對應的預成型焊片制備工藝一般十分復雜且成本昂貴，如公開號：CN103100825A，名稱為“一種預合金化金錫預成型焊片的制備工藝”的中國發明專利申請公開利用真空手套箱充氫氣及氮氣于350℃～500℃將錫錠、金錠高溫熔煉成錠，然后再通過軋制軋成帶材，最后通過3小時高溫退火后沖壓成預成型焊片。該發明專利所述熔煉過程溫度較高且需惰性氣體保護，因而工藝流程復雜，制備成本較高，加上該專利略去了具體的軋制實施流程，故而具體實施難度較大，難以達到該發明專利所述的效果。再者，Au–20Sn預成型焊片熔化溫度高，PCB基板及多數電子元器件難以承受其極高的回流焊溫度，因此目前Au–20Sn預成型焊片更多用于芯片級封裝中，難以在板級封裝中普及。而SAC系合金因本身具有良好的塑性，其加工相對Au–20Sn而言較于簡單，但是與Sn–Bi合金相比，SAC系合金不僅價格昂貴且其熔化溫度也較高，對于從使用有鉛釬料向無鉛釬料轉型的廠家來說，其因原料及表面組裝設備更換所帶來的成本增加是難以承受的。因此，開發一種低回流焊接溫度的Sn–Bi合金預成型焊片是十分必要的。