[发明专利]一种电子封装用铜芯结构的锡铜高温无铅预成型焊料

说明书

本发明涉及一种铜芯结构的锡铜高温无铅预成型焊料及其制备方法和应用，属于高温软钎料技术领域。该焊料包括紫铜箔片，紫铜箔片的上、下表面设置上、下镀锡层；或者包括紫铜箔片，紫铜箔片的上、下表面设置上、下镀锡层，上、下镀锡层外表面设置上、下助焊剂层。该铜芯结构锡铜预成型焊料除拥有普通预成型焊片形状多样性，同时可以满足高精密封装应用需求的超薄、超精度预成型焊料结构，适应电子元件微型化个性化要求，实现小公差精准用量的优点外，还有预涂助焊剂可简化焊接工艺减少助焊剂飞溅；在保证结合强度的同时提高组件的导电导热性能，降低焊接部位硬度和减少焊接部位脆性，真正意义上实现了高性能高温无铅焊料的应用。

技术领域

本发明涉及一种铜芯结构的锡铜预成型焊料，具体涉及一种电子封装用铜芯结构的锡铜高温无铅预成型焊料，及该焊料的制备方法和应用，属于高温软钎料技术领域。

背景技术

焊料是焊接时填充焊缝的金属合金材料，在PCB板制造过程中焊锡条、焊锡丝、焊锡球、焊锡膏等已被广泛的应用，但随着电子装配技术的发展，电子元件越来越向微型化个性化发展、电子朝着超大功率、超高集成方向发展，因此对于焊接材料的要求越来越特殊，现有焊锡条、焊锡丝、焊锡球、焊锡膏等无法进一步满足要求，特别是在使用耐温性和导电导热性方面亟待提高。对此预成型焊片被开发来解决以上技术发展对焊料的新要求，因为预成型焊片可以按照焊接电子元件不同要求，制成不同形状，不同尺寸和不同表面形态的精密成型焊料，以适应传统焊料无法满足的小公差精密定量焊接要求，该技术目前已开始广泛应用在印刷线路板组装、芯片封装、光纤线芯、连接器、终端设备和电子组件装配等领域。然而，在超精密封装工艺制程中，常规尺寸的预成型焊料由于加工精度及其难以加工成超薄尺寸的问题，目前已无法满足精密封装的使用要求。

高温软钎料主要用于半导体、功率器件、多芯片模组的封装。由于目前高温软钎料主要使用高铅焊料(铅重量百分含量大于85％)，而电子产品的无铅化要求越来越迫切，目前在高温无铅软钎料合金的研究，主要还是Au-Sn合金、Zn-Al合金、Bi基合金、Sn-Sb基合金等，Au-Sn合金成本太高难以大规模工业推广应用，而其他合金系由于其加工性能以及焊接可靠性问题也没有实现规模化应用。预成型焊料的使用，在一定程度上为高温软钎料的无铅化提供了途径。中国专利CN202240181U公开了三层金属复合焊片，该实用新型是三层金属结构复合构成的，中间层即第二层是银片，最上面和最下面即第一层和第三层是银铜锡合金片，三层金属片通过熔接在一起，该复合焊片应用主要替代半导体芯片的微电子元件与引线端采用的压接连接方式，但由于其上下层为银铜锡合金，大大抑制了焊接过程中元素的扩散，导致扩散层厚度受限，并且采用银片作为主体材料，导致成本居高，使其应用受限。

中国专利CN202169445U公开了一种预涂有助焊剂涂层的预成型焊片，该专利通过将Sn63Pb37、SAC305等常用合金焊料做成预成型焊片本体，再在表面涂覆一层助焊剂涂层形成预涂有助焊剂涂层的预成型焊片，属于单层预成型焊片，其应用也仅限于常规低温软钎料领域。中国专利CN105252173A公开了一种带均匀涂层预成型焊片的制备方法，该发明通过浸涂方式先保证焊片上下表面均沾上助焊剂，同时经过刮刀对多余剂量的助焊剂进行去除以保证涂层的均匀性，再经过气压控制的压力轮来控制涂层的厚度达到需求厚度，同时排除浸涂过程中助焊剂内部的气泡，进而保障焊片涂层的粘合度，及长时间存储涂层不脱落，工序复杂。中国专利CN103817062A公开了一种带涂层预成型焊片的涂布方法，该发明通过将按要求配制的无需添加溶剂的助焊剂，倒入喷涂机内并保证合适的温度，通过涂布刀对箔带上下表面同时进行涂布，涂布过程通过液泵转速、箔带的行进速度及垫片厚度调整涂层厚度，涂布干燥后的箔带冲裁制成所需焊片，以此保证焊片良好的焊接效果及精准用量，但设备精度控制难度大，以上两专利仅涉及如何优化工艺或设备来使预涂助焊剂更均匀。