[发明专利]无铅焊料组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求了2011年8月17日递交的申请号为61/524,610的临时申请的优先权，其全部引入本文供参考。

技术领域

本公开内容涉及焊料材料以及更具体而言涉及无或基本无铅的焊料材料。

背景技术

焊料材料用于各种机电和电子器件的制造和组装中。过去，焊料材料通常包含相当大量的铅以提供焊料材料所需的性能，例如熔点、湿润性、延展性和热导率。同样开发了一些基于锡的焊料。近年来，已经尝试生产提供所需性能的无铅和无锡焊料材料。

概述

在某些实施方案中，焊料组合物可包含约82-96重量％的锌、约3-约15重量％的铝、约0.5-约1.5重量％的镁、和约0.5-约1.5重量％的镓。在某些实施方案中，焊料组合物可包含约0.75-约1.25重量％的镁、和约0.75-约1.25重量％的镓。在其它实施方案中，焊料组合物可包含约1.0重量％镁、和约1.0重量％镓。在更进一步的实施方案中，焊料组合物可包含约82-96重量％的锌、约3-约15重量％的铝、约0.5-约1.5重量％的镁、约0.5-约1.5重量％的镓、和约0.1-约2.0重量％的锡。

焊料组合物可包含掺杂剂。在某些实施方案中，焊料组合物包含约0.5重量％或更少的掺杂剂。在其它实施方案中，掺杂剂包括铟、磷、锗、铜或其组合。

在某些实施方案中，焊料组合物可为无铅的。在其他实施例中，焊料组合物可为无锡的。

在某些实施方案中，焊料组合物可为焊条。在另外其他的实施方案中，组合物可为直径为小于约1毫米的焊条。

在本公开内容的其它实施方案中，提供形成磷掺杂的焊料的方法。该方法可包括在惰性气体的正压力下生产熔体，以及将熔体成形为坯段(billet)。该熔体可包括焊料材料以及量为约10ppm-约5000ppm的磷。在某些实施方案中，焊料材料包含至少一种选自锌、铝、铋、锡、铜和铟的组分。在另外其他的实施方案中，该方法包括在生产和形成步骤之间使惰性气体经过熔体鼓泡的附加步骤。

虽然公开了多个实施方案，由以下显示和记载了本发明的说明性实施方案的详细说明，本发明的另外其他实施方案对于本领域技术人员变得显而易见。因此，详细说明被认为是实质上说明性的而非限制性的。

附图说明

图1显示用于高角度断线率测试的实验设备。

图2显示用于低角度断线率测试的实验设备。

图3显示实施例2中样品34的热分析。

图4显示实施例2中样品35的热分析。

详细说明

焊料组合物为用于结合两块基材或工件且具有比工件低的熔点的可熔融金属和金属合金。焊料组合物，例如用于半导体产业中芯片(die)连接应用的那些，可以许多不同形式提供，包括但不限于块状(bulk)焊料产物、焊膏和焊条。

焊膏可为流体或油灰状材料，其可使用各种方法施用至基材，包括但不限于印刷和分配，例如用注射器。示例性的焊膏组合物可通过使粉末的金属焊料与焊剂(flux)，充当临时粘合剂的浓稠(thick)介质混合而形成。该焊剂可使焊膏组分保持在一起直到焊料工艺熔化粉末焊料为止。根据如何将焊膏施用至基材，焊膏的合适粘度可能不同。焊膏的合适粘度包括300,000-700,000厘泊(cps)。

在其它实施方案中，焊料组合物可作为焊条提供。焊条可通过经由口模(die)牵引焊料材料以在线轴上提供细焊条而形成。合适的焊条可具有小于约1毫米(mm)的直径，例如约0.3-约0.8mm。在某些实施方案中，焊条能够缠绕或盘绕在线轴上而未断为两段或更多段。例如，焊条可缠绕在内部轴直径为51mm和两个外部凸缘直径为102mm的线轴上。随着焊条缠绕在线轴上，最靠近内部轴的部分焊条缠绕成有效直径为大约51mm的线轴。随着另外的焊条缠绕在线轴上，线轴的有效直径因为焊条而增加，并且在内部轴上形成多个焊条圈后，线轴的有效直径比51mm可为更接近102mm。

不考虑形态，焊料组合物可评价其固相线(solidus)温度、熔融温度范围、湿润性、延展性、和热导率。固相线温度用焊料材料开始熔融时的温度量化。低于固相线温度，则焊料材料完全固化。在某些实施方案中，固相线温度可为300℃左右以允许分级焊接(step soldering)操作并且在最终使用设备中的热应力降至最小。