[发明专利]用于管芯附接的焊料材料和方法

说明书

本发明提供了一种焊料材料，该焊料材料包含焊料合金和热导率修改组分。焊料材料的体热导率在约75W/m‑K和约150W/m‑K之间，并且可用于增强焊料的热导率，从而在电子封装应用中允许最佳的热传递和可靠性。

技术领域

本发明整体涉及用于电子封装的焊料材料，该焊料材料包含热导率修改组分以增强电子器件的热耗散并增强其可靠性。

背景技术

为了将半导体器件用于电子产品，必须将其电互连、机械互连并在一些情况下热互连到半导体封装。这种机械互连可以使用糊状或膜状的粘合剂材料(例如，聚合物材料)来实现。电连接可以通过在半导体器件的电输出和半导体封装的输入之间附接细金线或突片来实现。当需要热传导时，诸如针对功率器件，一种常规策略涉及在组装时用设置在半导体器件和半导体封装之间的焊料代替聚合物机械粘合剂。

焊膏是电子组件组装中最公认的焊料形式。表面安装应用通常取决于焊膏以将部件附接到电路板。然而，焊膏可能不是唯一解决方案。当与通孔部件或需要比印刷锡膏可供应的焊料提供更多焊料的极大型器件一起工作时，尤其如此。印刷电路板通常涉及需要多于一种形式的焊料的混合技术。因此，焊膏可以用于表面安装部件，并且焊料预成型件可以用于将引线附接在通孔部件上。

焊料预成型件是形状成型的焊料，其被设计为极其均匀的，其中每个预成型件始终向接头递送相同体积的焊料。也可以将焊料预成型件形成为各种形状和尺寸以适应特定要求，包括垫圈、圆盘、正方形、矩形和框架，其中尺寸范围从极小到非常大，这取决于完成接头所需的焊料体积。这些形状还可以与窄焊料股线连接以便在以特定图案施加多个预成型件时使用。股线被设计成在回流时会破裂并芯吸回焊料块，从而允许更快且更准确的放置。

焊料预成型件也可以与焊膏结合使用以强化焊接头。例如，如果焊膏未提供足够的焊料体积以满足接头的强度和覆盖要求，则可能期望使用预成型件。

工业上还存在持续的压力，以减小成本、增加产量和良率并提高封装半导体器件的性能和可靠性。

通常为焊料或填充的聚合物材料的管芯附接材料，用于将半导体管芯连接到引线框架、其他管芯、散热器等。取决于连接的要求，填料可以是导电的或不导电的。以前管芯附接材料主要提供机械粘结。然而，随着半导体器件已经发展到更加复杂和强大的用途，它们在操作期间也会产生更多的热量，并且废热的传导已成为管芯附接材料的期望特征。

对于高功率应用，由于其高热传导，焊料是所选择的管芯附接材料。然而，焊料也具有一些有害的特性。焊料的一个主要缺点是，在管芯粘结期间和后续的热偏移期间，焊料都具有在粘结线中形成空隙的趋势。这些孔隙会在管芯下产生不良热导率的热点，并增加对后粘结检查的要求以确保可接受的结果。

高温焊料合金广泛用于管芯附接应用、功率半导体和光学器件封装、倒装芯片封装、散热器接合以及在操作期间生成的热量的耗散很重要的其他应用。焊料材料使得能够将发热电子器件粘结到衬底以便形成机械连接和电连接。

用于这些应用的当前行业标准焊料通常需要高铅焊料(例如，90重量％至95重量％的Pb)和Au基共晶焊料合金(例如，80Au20Sn焊料)。管芯附接过程通常涉及使用粘合剂粘结或焊料接合将硅管芯或芯片附接到引线框架或其他衬底。焊接是用于将管芯附接到引线框架的优选方法，特别是对于功率器件而言，这是因为与聚合物粘合剂相比，焊料合金具有更高的载流能力和更好的热导率，其有利于耗散由器件生成的热量。

用于管芯附接的焊料的液相线温度通常至少为280℃，以便允许后续通过在200℃至250℃的温度下进行回流焊接而用共晶SnPb或无铅SnAgCu(SAC)焊料将封装器件安装在印刷电路板上。