[发明专利]增加锡－铟焊剂柔度的技术

说明书

技术领域

[001]本公开一般地涉及导电焊剂，更具体地涉及增加锡-铟焊剂柔度的技术。

背景技术

[002]近来，由于对含铅焊剂合金的环境和健康方面的考虑，电子和半导体工业已迅速转向无铅焊剂。在无铅焊剂合金中，锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)合金被认为是最具前景的。然而，锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)合金通常具有高液相线温度(即，等于或大于217℃，其比锡-铅焊剂合金(例如，Sn63Pb37)的低共熔温度高大约34℃)。这样的高液相线温度可能给电子元件和印制线路板(PWB)造成热损伤，从而导致成品率损失和可靠性降低。因此，具有较低的液相线温度(例如约193-213℃)的合金(例如，Sn-Zn、Sn-Ag-In和Sn-Ag-Cu-In合金)已被认为比锡-银-铜(Sn-Ag-Cu)合金更适合用于由于热漂移(thermal excursion)而对损伤敏感的应用中。

[003]遗憾的是，锡-锌(Sn-Zn)、锡-银-铟(Sn-Ag-In)和锡-银-铜-铟(Sn-Ag-Cu-In)合金往往表现出过大的屈服强度和脆性，从而被认为不适合用于下一代电子和半导体器件。这类下一代电子和半导体器件在硅芯片中采用脆性的和多孔的低介电材料，并从而要求具有抗显著冲击和震动的能力，原因在于越来越流行便携式电子器件，例如手机、个人数据助手(personal data assistant，PDA)、笔记本电脑等等。鉴于上述问题，对于开发用于这些要求的应用中的低温柔性无铅焊剂存在强烈的兴趣。

[004]具体而言，对于开发低液相线温度合金存在兴趣，该低液相线温度合金具有与含铅焊剂合金例如Pb95Sn5相当的柔量，含铅焊剂合金例如Pb95Sn5传统上是半导体和电子工业中最广泛应用的柔性焊剂。为此目的，锡-铟(Sn-In)合金的合金组合物以及应用方法已经被研究。这些研究显示：85-96％锡和4-15％铟的焊剂组合物经历马氏体相变，以便为倒装片应用提供延性互连(ductile interconnect)。其它研究进一步显示，掺杂可精制焊剂颗粒尺寸，以维持细粒结构，并在半导体封装中的重要热循环之后产生超塑性。然而，即使在掺杂以获得细粒化锡-铟(Sn-In)焊剂并由此得到超塑性的情况下，这些锡-铟(Sn-In)焊剂仍表现出过低的柔量和过高的屈服强度(即，3400-3800psi，或比Pb95Sn5高大约36-150％，Pb95Sn5具有2500psi的屈服强度)。为了经受住硅芯片和有机衬底之间的热膨胀导致的大的失配所产生的高应力，以及经受住由于跌落和不正确操作导致在便携式设备中发生的冲击，低屈服强度可能是优选的。例如，具有较高屈服强度的合金可能传递应力至硅芯片并在硅芯片中产生破裂，而不是通过塑性形变来释放应力。

[005]考虑到前述内容，提供这样的技术将是期望的：该技术提供克服了上述不足和缺陷的低温无铅合金。

发明内容

[006]增加锡-铟焊剂柔度的技术被公开。在一个具体的示例性实施方式中，所述技术可被实现为无铅焊剂合金，所述无铅焊剂合金包括按重量计约58.0％至约99.998％的锡、按重量计约0.001％至约40.0％的铟、以及按重量计约0.001％至约2.0％的至少一种稀土元素。

[007]根据该具体示例性实施方式的其它方面，所述至少一种稀土元素可选自铈(Ce)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、锕(Ac)、钍(Th)、镤(Pa)和它们的组合。

[008]根据该具体示例性实施方式的进一步的方面，无铅焊剂合金可进一步包括按重量计从约0.01％至约3.0％的至少一种选自下列的掺杂剂：铜(Cu)、铁(Fe)、钴(Co)、锌(Zn)、镍(Ni)、锗(Ge)、磷(P)、锑(Sb)、银(Ag)、铝(Al)、铋(Bi)、铂(Pt)、碲(Te)和它们的组合。

[009]根据该具体示例性实施方式的另外的方面，无铅焊剂合金可包括按重量计至多大约94.999％的锡。

[010]根据该具体示例性实施方式的又另外的方面，无铅焊剂合金可包括按重量计至少大约71.7％的锡。

[011]根据该具体示例性实施方式的又另外的方面，无铅焊剂合金可包括按重量计至多大约28.0％的铟。

[012]根据该具体示例性实施方式的又另外的方面，无铅焊剂合金可包括按重量计至少大约5.0％的铟。