[發明專利]一種利用瞬態液相擴散焊預置金錫焊片的制備方法

在審

• 申請號: 202310390967.4
• 申請日: 2023-04-12
• 公開（公告）號: CN116352244A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 熊杰然;鄒建;林逸敏
• 申請（專利權）人: 汕尾市栢林電子封裝材料有限公司
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K1/00;B23K35/02;B23K35/30;B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 泉州市廈弘冠專利代理事務所(普通合伙) 35270
• 代理人: 陳夏

本發明涉及焊接技術領域，具體涉及到一種利用瞬態液相擴散焊預置金錫焊片的制備方法。本申請的一種利用瞬態液相擴散焊預置金錫焊片的制備方法，通過S1、將金和錫按特定比例熔煉成金錫合金錠；S2、使用熱軋工藝將所述金錫合金錠軋制成相應厚度的金錫焊料帶；S3、在所述金錫焊料帶的一面涂布一層厚度0.5μm的錫層；S4、將帶有錫層的所述金錫焊料帶沖制成相應尺寸的金錫焊片；S5、運用瞬態液相焊擴散工藝將金錫焊片預置到相應的封裝基板上，實現利用TLP瞬態液相擴散焊，使得金錫焊片與封裝基板間形成緊密、連貫一體的接頭，有效避免后續芯片粘接或者管殼氣密性封裝焊接時裝配難度大，潤濕不良，界面空洞等問題。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，具體涉及到一種利用瞬態液相擴散焊預置金錫焊片的制備方法。

背景技術

近年來，無鉛釬料的發展受到越來越多的關注，金錫共晶合金釬料具有優異的抗疲勞性能、抗蠕變性能、耐腐蝕性能、高熱導率、高電導率和免助焊劑等優點，是目前280～360℃溫度范圍內唯一可以替代高熔點鉛基合金的無鉛釬料，廣泛應用于微電子器件和光電子器件封裝、芯片粘接、氣密性封裝、光纖饋通聯接等。

一般芯片粘接或者管殼氣密性封裝焊接時，都是采用上下待焊接面中間組裝一個預成型金錫焊片的三明治結構，焊片和組件的定位都需要相應的夾具來保證，然后在真空或者氮氫混合保護氣氛中進行共晶回流焊，最后在芯片和基板之間，或者蓋板和管殼之間形成可靠的金錫共晶互連。但是隨著封裝密度的增加，預成型焊片的尺寸也越來越小，組裝難度越來越大，為了提升封裝效率，越來越多的應用需要在封裝前就把金錫焊片預先組裝在組件上，后續就可以減少裝配的難度，實現自動化的裝配，提高產能。

現階段的金錫焊片預置工藝普遍采用電阻點焊，熱壓點焊或者激光點焊的方式把金錫焊片預置到組件上。這些點焊的方式都需要將金錫焊片局部加熱到熔點以上的溫度(300℃)，使金錫熔化，與底層金屬產生冶金結合，這樣就無法避免焊料在點焊過程中的氧化，使焊點處在后續芯片粘接或者管殼氣密性封裝焊接時發生潤濕不良，氧化發黑，界面空洞的問題，進而造成氣密性失效。電阻點焊需要預置金錫的組件有足夠的小的電阻，因此不能用于陶瓷蓋板或陶瓷殼體，熱壓點焊和激光點焊都有能量過大，焊點氧化嚴重的問題。為此，針對現階段金錫焊片預置工藝不可靠的問題，利用薄膜工藝或其他預置辦法和瞬態液相焊(TLP)提出了一種預置金錫焊片的方法。

其中薄膜制備技術是利用磁控濺射或者蒸鍍的方式在PCB，陶瓷，金屬，玻璃等基材上沉積幾百納米至十幾微米厚度的金屬薄膜的方法，該方法具有尺寸精度高，膜厚可控，成分均勻，現廣泛用于電子制造行業。

而TLP液相擴散焊方法也稱瞬時液相擴散焊(Transient?Liquid?PhaseWelding)，是擴散焊接的一種，通常采用比母材熔點低的材料作中間夾層，在加熱到連接溫度時，中間層熔化，在結合面上形成瞬間液膜，在保溫過程中，隨著低熔點組元向母材的擴散，液膜厚度隨之減小直至消失，再經一定時間的保溫而使成分均勻化。具體的工藝步驟是1)將中間擴散夾層材料夾在被連接表面之間，施加一定的壓力和超聲。2)然后在無氧化或無污染的條件下加熱，當加熱到連接溫度Tb(中間相熔點Tb溫度母材熔點)時，形成共晶液相。3)等溫凝固過程：液相形成并充滿整個焊縫縫隙后，應立即開始保溫，使液-固相之間進行充分的擴散，由于液相中使熔點降低的元素大量擴散至母材內，母材中某些元素向液相中溶解，使液相的熔點逐漸升高而凝固，凝固界面從兩側向中間推進。隨著保溫時間的延長，接頭中的液相逐漸減少，最后形成固態接頭。