[發(fā)明專利]一種Au-Ga釬料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910072298.X
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109719420A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 陶宇;薛鵬;薛松柏;龍偉民;鐘素娟;何鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

一種Au?Ga釬料，其化學成分按質(zhì)量百分數(shù)是：29％～31％Ga，0.001％～0.05％的Cr，0.001％～0.05％的Ca，余量為Au。使用市售的金錠、金屬鎵、金屬鉻、金屬鈣，按設計成分配比，將金與鎵置于石墨坩堝中，在中頻爐中進行熔煉，加熱至約1200℃，待金與鎵完全熔化成均勻液體后，用純金箔包覆粉末狀金屬鉻、金屬鈣加入，并攪拌均勻。冶煉時加入經(jīng)優(yōu)化篩選確定的覆蓋劑。經(jīng)過澆鑄、軋制、裁剪，即得到需要尺寸的焊片。本發(fā)明產(chǎn)品可用于大功率、高集成度的電子器件封裝，尤其是芯片的連接與封裝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子封裝行業(yè)的貴金屬釬料領(lǐng)域，具體涉及一種Au-Ga釬料。

背景技術(shù)

目前，在大功率、高集成度的電子器件封裝，尤其是芯片的連接與封裝行業(yè)，大量采用貴金屬釬料。近幾年，在IGBT產(chǎn)品的制造需求帶動下，貴金屬釬料的應用越來越廣泛。目前，用于電子封裝領(lǐng)域的貴金屬釬料主要有Au-Sn、Au-Si、Au-Ge等釬料，其具有良好的潤濕性和流動性、良好的導熱導電性以及耐熱耐蝕性，高的穩(wěn)定性，低的蒸汽壓，容易與半導體Si或GaAs芯片形成共晶鍵合，但是，其熔點均低于365℃，無法滿足大功率、高集成度的電子器件封裝的需要。US201414460904公開了一種Au-Ga-In 釬焊材料，其固相線溫度最高只有390℃，仍然偏低。因此，急需開發(fā)出固相線溫度在450℃以上的金基釬料，以滿足高鐵用IGBT器件制造的需要，本項發(fā)明“一種Au-Ga釬料”，即是在這種技術(shù)背景下完成的。

發(fā)明內(nèi)容

本項發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良的潤濕鋪展性能、優(yōu)良的導電性和導熱性，可用于大功率、高集成度的電子器件封裝（如IGBT器件），尤其是芯片的連接與封裝的固相線溫度在450℃以上的金基釬料。為此，本項發(fā)明的一種Au-Ga釬料，其化學成分按質(zhì)量百分數(shù)是：29％～31％Ga，0.001％～0.05％的Cr，0.001％～0.05％的Ca，余量為Au，其固相線溫度為454℃，液相線溫度為461℃，滿足了上述要求。

使用市售的金錠、金屬鎵、金屬鉻、金屬鈣，按設計成分配比，將金與鎵置于石墨坩堝中，在中頻爐中進行熔煉，加熱至約1200℃，待金與鎵完全熔化成均勻液體后，用純金箔包覆粉末狀金屬鉻、金屬鈣加入，并攪拌均勻。冶煉時加入經(jīng)優(yōu)化篩選確定的覆蓋劑。經(jīng)過澆鑄、軋制、裁剪，即得到需要尺寸的焊片。本發(fā)明產(chǎn)品可用于大功率、高集成度的電子器件封裝，尤其是芯片的連接與封裝。

本發(fā)明的Au-Ga釬料，在冶煉時，由于純鎵的熔點為29.8℃，液態(tài)鎵不易準確稱量。因此，必須先將金屬Ga放入冰箱冷藏保存，然后，在“固態(tài)”下準確稱量Ga的配比，保證Au-Ga釬料的成分范圍準確。

為保證發(fā)明的Au-Ga釬料具有優(yōu)良的潤濕和鋪展性能，同時其固相線溫度能夠達到454℃，經(jīng)過反復試驗發(fā)現(xiàn)，添加0.001％～0.05％的Cr，0.001％～0.05％的Ca，能夠提高Au-Ga釬料的熔化溫度范圍，但是，Cr、Ca的添加量不宜大于0.05%。通過對釬料成分優(yōu)化，在優(yōu)化后的成分范圍，新發(fā)明的Au-Ga釬料各項性能指標均達到要求。

具體實施方案

本項發(fā)明主要解決的關(guān)鍵性問題以及創(chuàng)造性在于：

1）通過添加微量Ca，解決了Au-Ga釬料冶煉與釬焊時的“脫氧”問題，大大降低了Au-Ga釬料自身以及釬焊焊點中的氧含量，使得釬料中的Au、Ga元素不被氧化在釬焊時具有優(yōu)良的潤濕鋪展性能，從而提高了釬焊焊點質(zhì)量。需要特別指出的是，由于Au、Ga元素自身不易氧化，但是在應用與“高端”電子器件的制造時，即使極微量的氧含量（如氧含量≥30ppm）也會影響釬焊焊點質(zhì)量。所以，必須通過添加微量的“活潑”元素Ca,以保證Au-Ga釬料及其焊點中的氧含量降低至20ppm以下。但是，Ca元素的添加量不能太多，高于0.05％后，會影響Au-Ga釬料的潤濕鋪展性能，使得釬焊接頭抗剪強度反而下降。但是如果Ca的加入量小于0.001％，“脫氧”效果達不到預期，使得釬焊接頭抗剪強度也會降低。