[发明专利]一种适用于电子封装的高电导高可靠性Ce‑Sn‑Ag‑Cu焊料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能的焊料，特别涉及一种适用于电子封装的高电导高可靠性Ce-Sn-Ag-Cu焊料。

背景技术

伴随着电子产品向薄、轻、小和数字化、多功能化方向发展，电子元器件的小型化、精密化化及高性能化的发展趋势将进一步加速，使得用于电子封装的焊点数量增多、尺寸变小、间距越来越窄，而其所承受的热学、电学、力学载荷却越来越高。研究表明，电子器件的失效有70%是由封装和组装的失效所引起，其中，焊点失效是主要的原因。

焊点在电子封装中既能作为电气通道，又能在芯片和基板之间提供机械连接的同时提高导热率，在电子装连中得到广泛应用，所以焊点可靠性问题具有非常重要的研究意义。

高密度集成超细间距电子封装的发展必然面临着焊点可靠性下降的挑战，其中，芯片凸点与焊盘之间由于热应力集中导致的焊点剥离和凸点之间的互连短路是电子产品中比较常见的失效形式。为了避免这种情况的发生，需要精确有效的控制焊点的尺寸稳定性和服役过程中的导电导热性能。

已有研究明，Ce-Sn-Ag-Cu焊料具有比传统的Sn-Pb钎料更好的导电性能和密度，尽管熔化温度比Sn-Pb钎料稍高，但是都在现有钎焊工艺可接受的范围之内。 钎料的润湿、铺展试验结果表明，Ce-Sn-Ag-Cu焊料在Au/Ni/Cu基板上均比在Cu基板上具有更好的润湿性能。添加微量的Ce元素，可使Sn-Ag-Cu钎料的润湿、铺展性能有显著的提高，钎料在基板上的铺展面积增大，润湿时间缩短，润湿力提高，润湿角减小。Ce的添加量在0.03%~0.05%左右时，Ce-Sn-Ag-Cu钎料的润湿铺展性能最佳，其润湿时间比未添加Ce的Sn-Ag-Cu钎料缩短了20%～40%。Ce是表面活性元素，在Sn-Ag-Cu钎料表面有富集现象，Ce的表面富集降低了熔融钎料的表面张力，有效地提高了无铅钎料的润湿、铺展性能。 焊点力学性能试验结果表明，Ce的添加都将提高其QFP引脚焊点的拉伸力和片式电阻焊点的剪切力。当Ce含量在0.03%左右时，Ce-Sn-Ag-Cu焊点的力学性能最佳。对于 QFP32、QFP100和片式电阻三种电子元器件，Sn-Ag-Cu-0.03Ce焊点的拉伸力(剪切力)值分别比Sn-Ag-Cu焊点提高了 4.56%、4.06%与3.81%。理论分析表明，由于稀土元素Ce具有“亲Sn”效应，即Ce元素优先与Sn元素结合，因此，Ce的添加可使钎料合金以及焊点的组织细化、均匀化，可以有效地避免Sn元素与Ag元素结合生成粗大的Ag₃Sn金属间化合物，从而提高了焊点的力学性能。 对QFP引脚无铅焊点和片式电阻无铅焊点进行热循环试验(模拟焊点的实际服役情况)结果发现，在经历了长时间热循环试验后，焊点力学性能随着热循环周期的增加而逐渐降低，而微量稀土元素Ce的加入可以延缓焊点力学性能的恶化，从而有效地提高焊点的可靠性。

然而，Ce-Sn-Ag-Cu焊料的电导性、可靠性依然不能满足现有电子封装的苛刻要求。开发出一种性能更为优异的焊料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于电子封装的高电导高可靠性Ce-Sn-Ag-Cu焊料。

本发明所采取的技术方案是：

一种适用于电子封装的高电导高可靠性Ce-Sn-Ag-Cu焊料，焊料合金的主要金属元素为Ce、Sn、Ag、Cu和Be。

作为上述焊料的进一步改进，焊料合金中主要金属元素的质量百分比为：Ag ：2.0～3.8% ，Cu ：0.4～0.7%，Ce：0.01～0.7%， Be：0.01～1.0%，余量为Sn。

作为上述焊料的进一步改进，焊料合金中主要金属元素的质量百分比为：Ag ：3.0～3.8% ，Cu ：0.5～0.7%，Ce：0.02～0.7%， Be：0.2～0.5%，余量为Sn。

作为上述焊料的进一步改进，焊料合金中Ag与Cu的质量添加比为（5～6）：1，优选的，Ag与Cu的质量添加比为（5～5.4）：1。

作为上述焊料的进一步改进，焊料合金中Ce与Be的质量添加比为1：（1～2），优选的，Ce与Be的质量添加比为1：（1～1.5）。

一种电路板，电路板上具有焊点，焊点由上述的适用于电子封装的高电导高可靠性Ce-Sn-Ag-Cu焊料焊接得到。

本发明的有益效果是：

本发明的焊料，通过在Ce-Sn-Ag-Cu焊料合金焊料中添加微量Be，出乎意料地提高了焊料合金的抗氧化腐蚀性能和导电导热性能，焊后焊点的尺寸稳定性高、焊点抗跌落性能强，可以满足现有电子封装的苛刻要求。