[发明专利]一种金锡共晶焊料与可伐基板构成的焊点结构及其焊接方法

说明书

本发明涉及一种金锡共晶焊料与可伐基板构成的焊点结构及其焊接方法；属于焊接技术领域。所述焊点结构由Au‑20Sn与Au/Ni(P)/Kovar基板通过氮气气氛超声辅助回流焊而制得；所述焊点结构包含：Ni(P)层，Ni₃P层,(Ni,Au)₃Sn₂层,(Au,Ni)Sn层、共晶焊料层；所述Ni₃P层附着在Ni(P)层上，所述(Ni,Au)₃Sn₂层附着在Ni₃P层上，所述(Au,Ni)Sn层位于(Ni,Au)₃Sn₂层与共晶焊料层之间；所述共晶焊料的成分为AuSn与Au₅Sn。本发明解决了现有金锡焊料在焊接后焊点内部容易产生粗大初生相，连接界面易生成较厚的脆硬相，从而导致焊点可靠性降低的问题。

技术领域

本发明涉及一种金锡共晶焊料与可伐基板构成的焊点结构及其焊接方法；属于焊接技术领域。

背景技术

在现代电子封装应用中，小型化的趋势和对电子器件先进特性的要求越来越高，大大减小了电子封装的体积和重量，但反过来又增加了封装系统的密度。Au-20Sn钎料合金具有较高的导电率和热导率，较高的剪切强度，优良的疲劳、蠕变和耐腐蚀性能，并具有自由钎焊的可能性。

金锡焊料的力学性能远高于锡基焊料。但在制备和焊接过程中，初级阶段的粗糙度对焊接的可靠性有很大的影响。回流焊后钎料基体中出现大量枝晶，降低了焊点的剪切强度。据报道，由于IMC的粗化效应，金属间化合物(IMC)的体积比随着焊料体积的减小而增大。这也证实了在微型焊点中形成的晶粒较少，恶化了焊点的各向异性性能。焊料通常通过在界面形成IMC层与其他金属结合。IMC层是焊料与基体金属相互扩散形成的，随着保温时间的延长，IMC层逐渐长大。焊料和基底金属之间的结合强度通常取决于IMC层的特性和焊料基体的微观结构。

因此，近年来，在提高微型焊点可靠性的同时控制其微观结构的技术发展引起了人们极大的研究兴趣。最有利的方法之一是在Sn-Ag-Cu(SAC)焊料等传统焊料中加入纳米颗粒来制备复合焊料。尽管研究表明，使用这些新开发的复合焊料可以改善微观结构的精细化和抑制界面IMC的生长，由于不同的纳米颗粒具有不同的化学反应性，并且由于其表面能高，容易团聚，因此其有效性在很大程度上取决于纳米颗粒的类型和添加量。据报道，纳米颗粒加入量不当会降低复合焊料的润湿性，因此，粗枝晶仍然是一个长期存在的问题。

为了克服这一问题，人们提出了另一种将超声振动引入回流焊工艺的改进方法。研究表明，在28-35kHz的超声电压作用下，锡基焊料凝固过程中存在的初生锡和共晶相得到了细化。这些有益的影响归因于声空化和流效应，这些效应只能由频率范围为20-100kHz(也称为功率超声)的USV引起。Kago等人、Chinnam等人将这一技术进一步整合到焊接工艺中。基于这些文献的研究结果，发现超声处理后的焊料基体晶粒细化，焊料/基板界面形成较薄的界面IMC层，焊点强度提高。这种键合技术具有很大的吸引力，但目前的研究还很有限，超声波功率对Au-20Sn/Au/Ni(P)/Kovar组织和力学性能的影响还未见报道。

发明内容

本发明旨在开发一种适用于金锡共晶焊料与可伐镀镍磷镀金基板形成高强度高可靠性的焊接方法，有效解决了金锡焊点脆性大，初生相粗大带来的界面可靠性不高的问题，大大提高了金锡焊料与可伐基板的界面连接强度。

本发明采用的技术方案是：一种基于金锡共晶预成型片与可伐镀镍磷镀金基板的氮气气氛超声辅助回流焊焊接方法：所述焊接方法可以得到焊点组织均匀，金属间化合物层结合良好的焊点。