[发明专利]焊料合金及布置

说明书

技术领域

各个实施例一般涉及焊料合金及布置(arrangement)。

背景技术

欧盟已经做出决定，在不久的将来禁止对环境有害的物质；已经对报废车辆ELV做出这种决定，指出诸如铅等的有害物质应被禁止。在不久的将来，基于铅的产品，例如用于管芯或半导体芯片附着的基于铅的焊料材料将被禁止且将从市场消失。

将来，合适的备选焊料材料将基于其经济可行性进行选择。合适的备选的成本将必须至少与当前标准焊料材料的成本相当。合适的备选还必须满足要求且具有必要属性以用作连接元件（例如焊料连接）。这种备选将必须兼容地用在各种表面上，例如，引线框架或芯片背面上。它们还必须是导电和导热的，且对于其应用足够鲁棒和可靠，例如，承受高温或变化的温度负荷。

另一技术要求是，焊料材料的固相线温度应高于260℃，使得当实施后续处理时，例如，当焊接印刷电路板时，焊料材料不会熔化和/或软化。备选焊料材料的其他要求是它们满足延展性要求，使得可以从焊料材料提供焊料引线。

迄今为止，半导体领域并没有可以实现批量生产的用于芯片到引线框架或从接线柱（clip）到键合垫的连接的无铅软焊料备选。技术挑战在于找到熔化温度高于在印刷电路板中使用的焊料材料（例如Sn-Ag-Cu系统，典型的熔化温度是260℃）的熔化温度的无铅焊料。然而，熔化温度不应太高，因为在系统中必须建立高机械应力以冷却且同时固化焊料。

除了熔化温度要求，无铅焊料材料应当具有与各种金属表面（例如，可以使用的芯片表面或引线框架）的良好的润湿性，以确保提供最佳连接。焊料材料还应当拥有特定的延展性，使得它可以以引线形式制造和处理。即，引线形式的焊料材料不应是脆的。焊料材料必须承受重复熔化和固化条件以及会应用于材料的机械和热机负荷，而不劣化。

发明内容

一个实施例是包括锌、铝、镁和镓的焊料合金，其中铝组成合金重量的8％至20％，镁组成合金重量的0.5%至20%，镓组成合金重量的0.5%至20%，合金的其余部分包括锌。

附图说明

图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记一般表示相同的部件。附图没有必要按比例绘制，而是一般将重点放在说明本发明的原理上。在下面的描述中，参考下面的附图描述本发明的各个实施例，附图中：

图1示出表示焊料合金的热导率（W/mk）和电导率（10⁶S/m）的关系的图表；

图2示出Al-Zn合金的相图200；

图3示出Ga-Zn合金的相图300；

图4示出Sn-Zn合金的相图400；

图5示出Ag-Zn合金的相图500；

图6示出Cu-Zn合金的相图600；

图7示出Ni-Zn合金的相图700；

图8示出根据各个实施例用于附着芯片到载体的方法；

图9A和9B示出根据各个实施例用于附着芯片到载体的布置；

图10A至10C示出根据各个实施例包括施加到载体上的焊料合金的布置；

图11A和11B示出根据各个实施例包括焊料合金的布置的图像；

图12至14示出根据各个实施例的焊料合金的差示扫描量热图；

图15示出用于包含锌、铝和镁的焊料合金的实验焊料组成与理论液相投影的关系的图示；

图16示出用于包含锌、铝和锗的焊料合金的实验焊料组成与理论液相投影的关系的图示。

具体实施方式

下面的详细描述参考附图，附图通过说明的方式示出可以实践本发明的特定细节和实施例。用词“示例性”此处用于表示“用作示例、实例或说明”。此处描述为“示例性”的任意实施例或设计不必解读为优选地或优于其他实施例或设计。

各个实施例提供用于电子部件的无铅（无Pb）多层焊料连接系统，包括芯片的至少一侧、例如焊料合金等的焊料连接、例如引线框架等的载体以及例如引线框架镀层等的在载体上形成的镀层。

与基于铅的焊料相比，基于锌的焊料系统具有更好的物理特性，例如更好的热学/热导率和电导率。这可以从图1中看出，其中示出说明热导率（W/mK）与电导率（10⁶S/m）的关系的图示。与基于铅和基于锡的焊料相比，根据测量和计算示出纯锌和包括铝和锗的锌合金具有较高的热导率和电导率。

图2示出Al-Zn二元合金的相图200。具有87.5%的锌和12.5%的铝的原子组成，Al-Zn二元合金可以实现约650℃的熔点。