[发明专利]一种使用于铜铝互连的焊料粉及焊接工艺

说明书

本发明提供了使用于铜铝互连的焊料粉及焊接工艺，其焊料粉采用价格便宜，制备简单，不易氧化以及更易混合均匀的低银Sn0.3Ag0.7Cu粉和Zn粉为原料，它是由1‑7号的Sn0.3Ag0.7Cu粉中任一种，或任两种，或任三种，或任四种，或任5种，或任6种，或任7种，与粒径为1um，或10um，或30um，或45um中一种，或两种，或三种，或四种，按质量比不超过50％的颗粒锌粉均匀混合制得的。通过一次短暂低功率超声的振动，促使母材表面、Sn0.3Ag0.7Cu粉表面和Zn粉表面的氧化膜破碎，同时促使Sn0.3Ag0.7Cu粉或Zn粉与母材发生冶金反应，实现铜铝的低温无助焊剂互连；采用微米级焊料粉易混合均匀，母材表面预置的凹凸孔增加了焊料与难焊母材的接触面积，圆柱状三明治焊接接头焊缝宽度精准，接头质量和焊接强度高。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，涉及一种使用于铜铝互连的焊料粉及焊接工艺。

背景技术

在当今的电子封装行业中，由于铅对环境和人类健康的危害，性能优异的SAC305、SAC0307无铅焊料取代含铅焊料，被广泛应用于电子元器件与印刷电路板之间的连接材料。并且随着电子器件的小型化、集成化和高密度化，焊接区域更小且离电子器件更近，即电子器件对焊接温度更敏感。但是SAC305、SAC0307无铅焊料的熔点比SnPb37的至少高30℃，所以若按照常规焊接方法焊接电子元器件与印刷电路板，不仅焊接温度高、时间长，而且需要更耐热的钎剂；导致极易使热敏电子元器件寿命受损甚至直接失效，焊点可靠性也得不到保证，从而造成资源的极大浪费和公司名誉的受损。因此，焊接温度低、焊接效率高、焊接可靠性高的无铅焊料及焊接方法是现在电子封装行业迫切需求。

对Cu/Al材料在低温下的互连来说，在已有专利中，重庆理工大学20190517专利CN109759741A公布了一种超声辅助钎焊用钎焊粉及钎焊方法，首先以锡铜粉或锡银铜粉，或锡铜粉与锡银铜粉混合的粉末，与直径在1-1000nm范围中的活性纳米颗粒的镍粉、钴粉、铜粉、锡粉、钛粉的任一种，或任两种，或任三种，或任四种，或五种，按不超过20％的质量比均匀混合成焊料粉。采用超声辅助钎焊方法，通过超声发生装置的振荡生热，促使焊料或纳米颗粒与母材发生冶金反应，实现无铅焊料全固相或半固态的低温互连。在已有专利中，北京工业大学20180601专利CN108098172A公布了一种实现Cu/Sn/Cu界面可逆连接的方法，首先，在Cu/Sn/Cu界面钎焊连接阶段，通过对钎焊工艺参数及Sn焊料层厚度的控制，使焊后得到Cu/Cu₃Sn/Cu界面。在连接界面的扩散分离阶段，对Cu/Cu₃Sn/Cu连接界面进行加热时效，时效过程中界面Cu、Sn原子发生扩散，使界面出现微孔洞，伴随着时效的进行，微孔洞数目逐步增多，并聚合、长大，最终在时效完成后形成微裂纹贯穿界面，且此时界面满足微电路测试方法标准中规定的焊料连接失效条件而被认定连接失效。

上述例子的特点包括含纳米尺寸的复合焊料混合不均匀且易氧化，焊缝尺寸难精确控制，颗粒种类太多、焊接工艺复杂，全化合物接头制备难度大等。因此，提出一种新型的焊接方法来解决上述问题是迫在眉睫的。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种使用于铜铝互连的焊料粉及焊接工艺。其所用的合金焊料粉材料成本低、制作简单。在焊接过程中，该方法操作简单、焊接时间短、焊接温度低和焊接设备要求低，不仅可以节约大量的人力物力，还可以极大地提高生产效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种使用于铜铝互连的焊料粉，其特征在于由以下质量百分比的原料制成：直径不同的锡银铜粉与按质量比不超过50％的不同粒径的活性颗粒锌粉均匀混合。

进一步的特征是：所述锡银铜粉是Sn0.3Ag0.7Cu。

所述锡银铜粉是1-7号粒度的Sn0.3Ag0.7Cu粉中一种，或两种，或三种，或四种，或5种，或6种，或7种按粗颗粒质量偏多的比例混合。