[发明专利]一种低温复合焊料合金焊片及其制备方法和使用方法

说明书

本发明提供一种低温复合焊料合金焊片，其包括高温层、低温层，高温层两侧分别设置一层以上的低温层，其中高温层的固相线温度为175~260℃，低温层的固相线温度为60~160℃；本发明焊片形成焊点过程中，回流峰值温度不大于220℃，满足低温回流要求；焊片材料组成由于不完全使用共晶锡铋焊片，使得焊点在服役过程可以降低铋的供给，避免大量铋在界面上聚集，形成连续铋层脆性相，提高了焊点抵抗热载荷、与动态跌落载荷的能力。

技术领域

本发明涉及一种低温复合焊料合金焊片的组成、形成焊点的方法，更具体的涉及用于替代低温锡铋焊片焊接的一种复合焊片，主要用于微连接领域。

背景技术

最近的研究表明，便携式电子产品的小型化和封装复杂度的提高，使得倒装芯片越来越薄，封装过程需要多个步骤来完成。大多数采用标准SAC305合金的超薄微处理器，会导致封装基板和PCB上出现严重的动态翘曲。当使用低于200℃回流的低温焊接工艺时，可以减轻此类缺陷并提高SMT产量；此外，较低的回流焊温度可以使用更便宜的基板，显著降低能源、材料和操作成本。根据2015年iNEMI（International Electronics ManufacturingInitiative）的路线图，预计在未来十年内，低温焊接技术解决方案（至少比SAC305合金的熔化温度低1%~20%）是急需攻克的一个难题。

实际上，就单一合金焊料而言，其可供选择的合金体系非常有限；因此，Sn-8Zn-3Bi、Sn-Bi和Sn-In基合金再次受到关注。而Sn-8Zn-3Bi合金由于Zn元素的活性，其配套焊接用的助焊剂，成为制约其发展的瓶颈。而Sn-Bi共晶合金（熔点138℃）则主要由于元素铋在服役过程中，容易在界面聚集形成，形成连续铋的脆性相，而影响其使用。Sn-In共晶合金（熔点：120℃）则因为熔点太低、力学性能较差、价格较高而更多的应用于热敏感器件、保险丝等合金。

复合焊料合金预制件（CN 102883851 B），提供用于高温焊接应用的层状复合预制箔。层状复合预制箔，在焊接器件，核心金属、液体焊料层和衬底金属反应并消耗低熔点焊料相，以形成高熔点金属间化合物相（IMC）。产生的焊接接头由被在衬底侧的IMC层包夹的延展性核心层组成。接头具有比初始焊料合金涂层的原始熔化温度高得多的再熔化温度，允许随后装配封装的器件。其涉及的是一种用于高温焊接的无铅复合焊料预制件，且焊接前将不同焊片进行组装，形成预制复合焊料件。

针对目前的单一低温合金存在的容易在界面铋聚集，形成连续铋的脆性相以及熔点过低、力学性能较差、成本高等问题，且复合结构的焊片未涉及低温焊接领域。

发明内容

本发明提供了一种低温复合焊料合金焊片，其包括高温层、低温层，高温层两侧分别设置一层以上的低温层，其中高温层的固相线温度为175~260℃，低温层的固相线温度为60~160℃；低温焊点的形成不再依赖于单一合金来形成均一焊点，而是以复合合金焊片的形式，在回流过程中形成预期的合金焊点，该焊片能抑制界面铋的脆性，提高复合焊片形成焊点抵抗热载荷、静力学载荷以及动态跌落载荷。

所述高温层的体积百分比为24% ~76%，低温层的体积百分比为76%~24%。

所述高温层的焊材为共晶焊材，选自Sn-0.7Cu合金、Sn-3Ag合金、Sn-3Ag-0.5Cu合金、Sn-Sb合金、Sn-Ag-X合金中一种，其中X选自Co、Ge、Ga、In、Mn、Ni、P、Pt、Sb、Bi、Zn、Cu、Ce、Nd、La、Pr。

所述低温层的焊材为Sn-In合金、Sn-Bi合金、BiIn-X合金，其中X选自Ge、Ga、Ce、Nd、La、Pr。

本发明另一目的是提供上述低温复合焊料合金焊片的制备方法：