[发明专利]一种混合合金焊料膏

说明书

本发明一般涉及焊料组合物，一种混合合金焊料膏，其由下列组成：60wt％至92wt％之间的量的第一焊料合金粉末；大于0wt％并且小于12wt％的量的第二焊料合金粉末；和助焊剂；其中所述第一焊料合金粉末包括第一焊料合金，其固相线温度高于260℃，其中所述第一焊料合金是Bi‑Ag合金、Bi‑Cu合金或Bi‑Ag‑Cu合金；和其中所述第二焊料合金粉末包括第二焊料合金，其固相线温度低于250℃；所述第一焊料合金包括从2.6wt％至15wt％的Ag及剩余的为Bi，从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi，或从2.6wt％至15wt％的Ag和从0.2wt％至1.5wt％的Cu及剩余的为Bi。

技术领域

本发明一般涉及焊料组合物，并且更具体而言，一些实施方式涉及高温焊接应用的焊料组合物。

背景技术

由电子组件的处理产生的铅被认为对环境和人类健康有害。规章逐渐禁止在电子互连和电子封装工业中使用含Pb焊料。已经广泛地研究替换传统低共熔Pb-Sn的无Pb焊料。SnAg、SnCu、SnAgCu和SnZn焊料正在变成用于半导体互连和电子工业中的主流焊料。但是，开发高温无Pb焊料代替常规高铅焊料即Pb-5Sn&Pb-5Sn-2.5Ag仍处在其初期。当组件被焊接在印刷电路板 (PWB)上时，高温焊料用于保持组件中元件内的内部连接。

高温焊料的通常用途是用于芯片附着(die-attach)。在示例性方法中，通过使用高温焊料将硅芯片焊接在引线框架上形成组件。接着，被封装或未封装的硅芯片/引线框架组件通过焊接或机械固定附着至PWB。板可暴露于再多几次的回流工艺用于在板上表面安装其他电子器件。在进一步的焊接过程中，应当良好地保持硅芯片和引线框架之间的内部连接。这需要高温焊料经得起多重回流而没有任何功能故障。所以，为了与在工业中使用的焊料回流方案(profile)相容，高温焊料的主要要求包括(i)熔化温度约260℃和更高 (根据典型的焊料回流方案)，(ii)好的抗热疲劳性，(iii)高的热导率/电导率，和(iv)低成本。

目前，工业中没有可用的滴入式(drop-in)无铅替代物。但是，最近已经提议一些无铅焊料候选物用于高温芯片附着应用，比如(1)Sn-Sb，(2)Zn 基合金，(3)Au-Sn/Si/Ge和(4)Bi-Ag。

Sb小于10wt％的Sn-Sb合金保持良好的机械性能而不形成大量的金属间化合物。但是它们的固相线温度不高于250℃，这不能满足260℃的抗回流要求。

包括低共熔的Zn-Al、Zn-Al-Mg和Zn-Al-Cu的Zn基合金的熔化温度高于330℃。但是，Zn、Al和Mg对氧的高亲和力造成在各种金属化表面饰面上的极差的湿润。提议为高温无铅替代焊料之一的Zn-(20-40wt％)Sn焊料合金的液相线温度高于300℃，但是固相线温度仅为约200℃。Zn-Sn焊料在约 260℃时的半固体状态被认为在随后的回流期间在元件之间保持良好的互连。但是，当半固体焊料被挤压在封装的包装内并迫使半固体焊料流出时出现问题。这产生预料不到的功能故障的风险。Zn基焊料合金也将在金属化表面和焊料之间形成大量的IMC层。在随后的回流和操作期间，IMC层的存在及其剧烈生长也造成可靠性问题。

由两个金属间化合物组成的低共熔Au-Sn已经被实验显示为可靠的高温焊料，这是因为其熔化温度为280℃、良好的机械性能、高的电导率&热导率、和卓越的抗腐蚀性。但是，极高的成本限制了其在成本超过可靠性考虑因素的领域中的应用。

固相线温度为262℃的Bi-Ag合金满足高温芯片附着焊料的熔化温度要求。但是，存在几个主要问题：(1)在各种表面饰面上差的湿润性和(2)相关的源于差的湿润性的弱结合界面。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种混合合金焊料膏，该焊锡膏具有良好的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种混合合金焊料膏，其由下列组成：