[发明专利]一种用于高可靠性WLCSP器件焊接的无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高可靠性WLCSP器件焊接的无铅钎料，属于电子封装钎焊材料领域。用于WLCSP等器件高可靠性需求的领域，是一种具有抗热疲劳和抗跌落性能优良的新型无铅钎料。

背景技术

随着市场对电子产品的需求越来越大，对电子产品的要求也越来越高。特别是手机、MP3等便携式电子产品的逐渐小型化和多功能化，无疑也在一定层次上对电子器件的提出了更高的要求。WLCSP器件是芯片高度集成引起了诸多商家的追逐，其最大特点便是有效地缩减封装体积，故可搭配于行动装置上而符合可携式产品轻薄短小的特性需求。但是在实际应用中WLCSP器件的可靠性却成为制约其广泛应用的一个重要方面，WLCSP器件表面排列着数以百计、千计的焊点，微小焊点即承担着WLCSP器件的机械支撑，也承担着电气连接作用，因此单个焊点的失效直接导致整个电子器件甚至整个电子产品失效。因此寻求高性能的钎料来满足WLCSP器件焊点高可靠性的需求成为一个重要的研究课题。

同时，由于人们环保意识的提高，传统的含Pb钎料满足不了市场的需求，随着WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)和RoHS (Restriction of Hazardous Substances)两项指令的颁布，传统的含铅钎料已经不能满足于电子行业的应用，因此SnPb钎料的替代问题成为诸多研究人员关注的焦点。在诸多的无铅钎料SnAgCu被认为是替代SnPb的最佳选择，但是在实际应用过程中也存在大量的问题，例如在服役期间SnAgCu焊点内部生长出大量的大块金属间化合物(Cu₆Sn₅和Ag₃Sn)，容易在大块金属间化合物周围引起微裂纹，导致焊点的失效。由于SnAgCu钎料的系列缺点导致WLCSP系列器件的使用寿命相对较低。

为了提高SnAgCu钎料的性能，目前公开的专利主要是添加微量合金元素以及颗粒提高钎料的润湿性、力学性能以及抗蠕变性能等。目前国外主要通过添加P、Mn、In、Sb、Bi、Ni等合金元素及颗粒,代表性的专利有Sn-(0.3～0.4wt%)Ag-(0.6～0.7wt%)Cu-(0.01～0.5wt%)P[欧洲专利EP1707302B1]，Sn-(3～4wt%)Ag-(0.8～1.0wt%)Cu-(0.05～0.15wt%)Mn[美国专利US2010/0203353A1]；中国目前公布的专利主要是稀土、Bi、In、Ga，等.代表性的专利有：Sn3.0Ag0.5Cu-(0.05～1.0%Co)[中国专利CN102091882A]；Sn-(0.3～4.0%)Ag-(0.2～1.2%)Cu-(0.001～0.2%)Cr-(0.001～0.5%)Nd-(0.001～0.5%)Pr-(0.001～0.1%)Pb[中国专利CN101733579A]。上述公开的发明通过添加系列元素及颗粒仅在一定程度上改善钎料的部分性能，对钎料的使用寿命目前没有相关报道。微量的Al纳米颗粒以及微量CeO₂纳米颗粒能显著提高钎料在服役期间的热疲劳寿命以及跌落寿命。

发明内容

本发明提供一种用于高可靠性WLCSP器件焊接的无铅钎料，具有高使用寿命，适用于电子行业的波峰焊、再流焊以及其他焊接方法的无铅钎料，满足WLCSP系列器件的高可靠性需求。

本发明是以如下技术方案实现的：一种用于高可靠性WLCSP器件焊接的无铅钎料，其成分及重量百分比为：

纳米Al颗粒的含量为0.01～1%，所述纳米Al颗粒粒径为30～50nm，

纳米CeO₂的含量为0.01～1%，所述纳米CeO₂颗粒粒径为30～50nm，

Ag的含为0.5～4.5%,

Cu的含量为0.2～1.5%，

余量为锡(Sn)。

上述方案优化含纳米Al颗粒和纳米CeO₂颗粒的SnAgCu组分，得到热疲劳寿命和跌落寿命较高的无铅钎料。