[发明专利]一种用于控制界面处金属间化合物生长的低熔点焊料

说明书

本发明属于合金材料技术领域，应用于电子器件产品封装，具体涉及一种用于控制界面处金属间化合物生长的低熔点焊料。以所述焊料的总质量为100％计，所述焊料的组成及其质量百分数为Bi：30‑58％；In：0‑30％；Zn：0.8‑2.0％；余量为Sn。所述焊料在保证了焊料润湿性能和力学性能的前提下，大幅度降低了焊料的熔点及界面处金属间化合物的厚度。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种用于控制界面处金属间化合物生长的低熔点焊料。

背景技术

得益于技术进步与市场需求，微电子工业在过去几十年内迅速发展成为规模最大的工业行业。正如摩尔定律预测的那样，当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。然而，近些年由于晶体管尺寸已经接近其物理和成本极限，半导体工业发展逐渐偏离了摩尔定律。同时结合了芯片制造技术和封装技术的三维集成电路(3D IC)由于其高性能、小尺寸和低功耗的特点成为延续摩尔定律最有前景的工艺。3D IC即是将多块芯片进行垂直堆叠的架构。为了实现这种架构，需要多种不同熔点的焊料共同工作；高温焊料有熔点为280℃的Sn70Au合金，回流温度300℃左右；中温焊料有熔点为217℃的SAC305合金，回流温度在240℃左右。至于低温焊料有熔点为139℃的SnBi共晶焊料。因此，开发高可靠性具有系列熔点的低温焊料对3D IC具有重要意义。

此外，先进封装中的微凸点技术，相比于工业上已经能成熟应用的C4焊点，其最显著的特点在于尺寸极小。C4焊点中焊球尺寸通常在100μm左右，而微凸点通常为5-20μm；比起C4焊点，微凸点焊球尺寸缩小了10倍，体积将会缩小1000倍。在相同的回流时间下微凸点中金属间化合物体积占比将远远高于C4焊点。金属间化合物由于其硬而脆的力学性质会给焊点可靠性带来严重影响，然而，现阶段还没有能用于工业生产回流温度在180℃以下且焊点界面处金属间化合物较薄的低温焊料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于控制界面处金属间化合物生长的低熔点焊料及其制备方法。通过向SnBi合金中添加适量的In元素与Zn元素形成SnBiInZn四元合金，不仅降低了焊料的熔点，而且有效控制了焊点界面处金属间化合物(IMC)的生长，界面处金属间化合物厚度比起常规焊料SAC305缩小了近10倍。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种用于控制界面处金属间化合物生长的低熔点焊料，以所述焊料的总质量为100％计，所述焊料的组成及其质量百分数为Bi：30-58％；In：0-30％；Zn：0.8-2.0％；余量为Sn。

优选的，所述焊料中Sn的质量分数为15-43％。

优选的，所述焊料中Sn的质量分数为30-43％。

优选的，所述焊料中Zn的质量分数为0.8-1％。

优选的，所述焊料中Sn的质量分数为30-43％，所述焊料中Zn的质量分数为0.8-1％。

本申请所述焊料可采用本领域中常规制备焊料的方法制备得到。

有益效果

(1)本发明所述焊料在保证了焊料润湿性能和力学性能的前提下，大幅度降低了焊料的熔点及界面处金属间化合物的厚度，大幅度降低了焊料在使用时的回流温度。所述焊料熔点低、生成的金属间化合物极薄的性质由焊料成分决定。

(2)本发明中涉及的SnBiInZn焊料由于Zn元素含量较低，使Cu-Zn界面反应极慢，生成的金属间化合物大幅度减少。Zn含量太低，Cu会优先与Sn反应而起不到抑制金属间化合物的作用；Zn含量太高，界面反应速率增快，也不能起到抑制界面处金属间化合物生长的作用。

附图说明

图1为实施例1所述焊料的差热分析(DTA)曲线；