[发明专利]一种铜铝异材低温互连的焊料及焊接方法

说明书

本发明提供了铜铝异材低温互连的焊料及焊接方法，采用以厚度小于为0.5mm的纯Sn带或Sn合金带为中间焊接基体，用粉末模压成形的方法在中间焊接基体一侧或两侧压制一层均匀且致密的厚度为0.05‑0.5mm的锌层制得的。本发明的铜铝异材低温互连的焊料价格便宜、制备工艺简单、不存在元素不均匀现象，焊缝宽度极易控制，不改变焊料主体成分的情况下活化焊料焊料表面、改善界面IMC成分，通过超声的振动，促使母材表面氧化膜破碎，进而使锌层与母材发生冶金反应，实现Cu/Al的低温无助焊剂互连。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，涉及一种铜铝异材低温互连的焊料及焊接方法。

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焊接方法是现在电子封装行业迫切需求。

对于铜/铝材料在低温下的焊接来说，在已有专利中，重庆理工大学20190517专利CN109759742A公布了一种无钎焊剂用的焊料及焊接方法，包括锡基材质的中间焊接体，在中间焊接体表面或表面设置的孔内或凹坑内，涂覆或埋置有直径在1-1000nm范围的活性纳米颗粒的镍粉、钴粉、锡粉、钛粉、铜粉中的任一种，或任两种，或任三种，或任四种，或五种混合的粉末。实现无铅焊料全固相或半固态的低温互连。在已有专利中，哈尔滨理工大学20181002专利CN108615689A公布了一种用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的制备方法，首先将Sn箔和Cu箔放入无水乙醇中进行超声清洗，取出后晾干，得到清洗后的Sn箔和Cu箔；然后在清洗后的Sn箔的两面涂抹助焊膏，然后将Cu箔放置在Sn箔表面，形成Cu/Sn/Cu三明治结构箔片；最后将Cu/Sn/Cu三明治结构箔片置于热压焊机工作台上，控制加热温度为250℃-400℃，钎焊时间为1s-9.9s，进行连接，连接过程中持续施加0.05MPa-0.7MPa焊接压力，焊接结束后空冷至210℃以下，即完成所述的用于功率器件封装的全Cu₃Sn化合物接头的制备。

上述例子的特点包括活性纳米颗粒多数为贵金属，活性太强，焊料粉末难以混合均匀，凹坑制作难度大，且工艺的重复性较差，全化合物接头焊接工艺复杂、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铜铝异材低温互连的焊料及焊接方法。其所用的合金焊料，它不仅材料成本低，而且制作工艺十分新颖。在焊接时，该焊接方法操作简单、焊接时间短、焊接温度低和焊接设备要求低，不仅资源消耗小，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：

一种铜铝异材低温互连的焊料，其特征在于，包括以锡带为中间焊接基体，用粉末模压成形的方法在中间焊接基体一侧或两侧压制一层厚度为0.05-0.5mm的锌层。

优选的，中间焊接基体为纯Sn带或Sn合金带，它的厚度小于为0.5mm。

优选的，锌层的原料是粒径为0.2-45μm纳米级或微米级的锌粉或锌颗粒。

优选的，粉末模压成形的方法就是在模具中根据需要放置适量的锌粉或锌颗粒和大小合适的中间焊接体，在中间焊接基体表面形成均匀、密实的Zn层的过程。