[发明专利]一种Sn-Bi-In-Zn合金无铅焊料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了Sn‑Bi‑In‑Zn无铅焊料及其制备方法，所述Sn‑Bi‑In‑Zn无铅焊料，按质量百分比计，其成份组成如下：Sn 45.00‑50.00％，Bi15.00‑17.00％，In31.00‑33.00％，Zn 3.00‑7.00％。本发明采用Sn、Bi、In、Zn四种低熔点元素，将其放在感应熔炼炉中进行熔炼，得益于焊料中四种低熔点金属元素的相互作用，形成三种不同的“相”，In_0.2Sn_0.8、BiIn₂、Zn，其中形成了熔点比较低的BiIn₂相，使其熔点比较低，使得Sn‑Bi‑In‑Zn无铅焊料拥有良好的润湿性能，导电性以及钎焊性能，适合用于3D IC焊接工艺，如丝网印刷形成微凸点，BGA,C‑4焊球，回流焊和SMT组装等，应用领域广阔。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种Sn-Bi-In-Zn无铅焊料及其制备方法和应用。

背景技术

随着5g技术的快速发展，远程办公与网上授课成为了可能。人们对身边的智能移动设备有了更高的需求，例如拥有更多的功能，更快的响应速度，更小的空间以及更便宜的价格，使电子封装制造行业面临着严峻的挑战。

另外摩尔定律Moore's Law在小型化方面的趋势正在接近极限，因为随着硅片上线路密度的增加，其复杂性和容错率也将呈现指数增长，一旦芯片上线条的宽度达到纳米级数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理，化学性能将发生质的变化，导致半导体器件不能正常工作，摩尔定律也将走到尽头。

目前，最有希望突破电子封装行业所遇到的瓶颈以及推广摩尔定律的方法是从二维集成电路(2D integrated circuit，2D IC)发展到三维集成电路(3D integratedcircuit，3D IC)。在3D IC中所用到的硅通孔技术TSV(through silicon via)可以通过微凸点(μ-Bumps)将多层硅芯片进行垂直堆叠，从而减小互联长度，减小信号延迟，降低电容/电感，实现低功耗，高速率，小型化。

目前，在3D IC有两项比较突出的现象值得关注，分别是：(1)硅片的翘曲问题。由于尺寸的限制，3D IC中硅片的厚度从原来200μm降低到50μm，这时由热膨胀系数不匹配所引起的翘曲问题就变得尤为突出。因此降低焊接时的温度对于减小硅片翘曲显的尤为重要；(2)焊点的可靠性问题。在焊料微凸点中，无铅焊料的高扩散性和快速反应以及3DIC提供的芯片尺寸的缩小导致了焊料微凸点中金属间化合物(IMC)的广泛形成。在3D IC制造中，焊点中的intermetallic compound(IMC)体积分数和焊点的大小有关。因此研发出一种具有低熔点，低IMC生长速度和良好润湿性的新型焊料成为现在研究的热点。

熔点低于200℃的二元共晶焊料中，Sn-Bi焊料熔点为139℃，具有润湿性好，焊接温度较低的优点，但是该焊料在焊接过程中的产生的Bi偏析以及焊点脆性问题一直未能解决。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低熔点，润湿性能好，导电性好，钎焊性能优异的Sn-Bi-In-Zn无铅焊料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种Sn-Bi-In-Zn无铅焊料，所述Sn-Bi-In-Zn无铅焊料，按质量百分比计，其成份组成如下：Sn 45.00-50.00％，Bi15.00-17.00％，In31.00-33.00％，Zn3.00-7.00％。

本发明提供的Sn-Bi-In-Zn焊料，通过将Sn、Bi、In、Zn四种低熔点元素均作为主组元，通过成份的调整，使得Sn、Bi、In、Zn四种低熔点主组元元素具有优异的协同效应，最终获得焊料具有低熔点，润湿性能好，导电性好，钎焊性能优异等优点，符合3D IC钎焊焊接工艺的要求。