[發(fā)明專利]一種低溫復合焊料合金焊片及其制備方法和使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011305032.4
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112440029B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 彭巨擘;蔡珊珊;羅曉斌;王加俊
• 申請（專利權(quán)）人: 云南錫業(yè)集團（控股）有限責任公司研發(fā)中心
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/18;B23K35/40;B23K1/00
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

本發(fā)明提供一種低溫復合焊料合金焊片，其包括高溫層、低溫層，高溫層兩側(cè)分別設置一層以上的低溫層，其中高溫層的固相線溫度為175~260℃，低溫層的固相線溫度為60~160℃；本發(fā)明焊片形成焊點過程中，回流峰值溫度不大于220℃，滿足低溫回流要求；焊片材料組成由于不完全使用共晶錫鉍焊片，使得焊點在服役過程可以降低鉍的供給，避免大量鉍在界面上聚集，形成連續(xù)鉍層脆性相，提高了焊點抵抗熱載荷、與動態(tài)跌落載荷的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫復合焊料合金焊片的組成、形成焊點的方法，更具體的涉及用于替代低溫錫鉍焊片焊接的一種復合焊片，主要用于微連接領(lǐng)域。

背景技術(shù)

最近的研究表明，便攜式電子產(chǎn)品的小型化和封裝復雜度的提高，使得倒裝芯片越來越薄，封裝過程需要多個步驟來完成。大多數(shù)采用標準SAC305合金的超薄微處理器，會導致封裝基板和PCB上出現(xiàn)嚴重的動態(tài)翹曲。當使用低于200℃回流的低溫焊接工藝時，可以減輕此類缺陷并提高SMT產(chǎn)量；此外，較低的回流焊溫度可以使用更便宜的基板，顯著降低能源、材料和操作成本。根據(jù)2015年iNEMI（International Electronics ManufacturingInitiative）的路線圖，預計在未來十年內(nèi)，低溫焊接技術(shù)解決方案（至少比SAC305合金的熔化溫度低1%~20%）是急需攻克的一個難題。

實際上，就單一合金焊料而言，其可供選擇的合金體系非常有限；因此，Sn-8Zn-3Bi、Sn-Bi和Sn-In基合金再次受到關(guān)注。而Sn-8Zn-3Bi合金由于Zn元素的活性，其配套焊接用的助焊劑，成為制約其發(fā)展的瓶頸。而Sn-Bi共晶合金（熔點138℃）則主要由于元素鉍在服役過程中，容易在界面聚集形成，形成連續(xù)鉍的脆性相，而影響其使用。Sn-In共晶合金（熔點：120℃）則因為熔點太低、力學性能較差、價格較高而更多的應用于熱敏感器件、保險絲等合金。

復合焊料合金預制件（CN 102883851 B），提供用于高溫焊接應用的層狀復合預制箔。層狀復合預制箔，在焊接器件，核心金屬、液體焊料層和襯底金屬反應并消耗低熔點焊料相，以形成高熔點金屬間化合物相（IMC）。產(chǎn)生的焊接接頭由被在襯底側(cè)的IMC層包夾的延展性核心層組成。接頭具有比初始焊料合金涂層的原始熔化溫度高得多的再熔化溫度，允許隨后裝配封裝的器件。其涉及的是一種用于高溫焊接的無鉛復合焊料預制件，且焊接前將不同焊片進行組裝，形成預制復合焊料件。

針對目前的單一低溫合金存在的容易在界面鉍聚集，形成連續(xù)鉍的脆性相以及熔點過低、力學性能較差、成本高等問題，且復合結(jié)構(gòu)的焊片未涉及低溫焊接領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種低溫復合焊料合金焊片，其包括高溫層、低溫層，高溫層兩側(cè)分別設置一層以上的低溫層，其中高溫層的固相線溫度為175~260℃，低溫層的固相線溫度為60~160℃；低溫焊點的形成不再依賴于單一合金來形成均一焊點，而是以復合合金焊片的形式，在回流過程中形成預期的合金焊點，該焊片能抑制界面鉍的脆性，提高復合焊片形成焊點抵抗熱載荷、靜力學載荷以及動態(tài)跌落載荷。

所述高溫層的體積百分比為24% ~76%，低溫層的體積百分比為76%~24%。

所述高溫層的焊材為共晶焊材，選自Sn-0.7Cu合金、Sn-3Ag合金、Sn-3Ag-0.5Cu合金、Sn-Sb合金、Sn-Ag-X合金中一種，其中X選自Co、Ge、Ga、In、Mn、Ni、P、Pt、Sb、Bi、Zn、Cu、Ce、Nd、La、Pr。

所述低溫層的焊材為Sn-In合金、Sn-Bi合金、BiIn-X合金，其中X選自Ge、Ga、Ce、Nd、La、Pr。

本發(fā)明另一目的是提供上述低溫復合焊料合金焊片的制備方法：