[发明专利]可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用，属于电子元器件的焊接材料技术领域。本复合钎料片由Sn基钎料片和Sn‑Bi共晶钎料片交错有序叠放后经低温压延使其合金化制作而成，是首次将该制备方法应用于改善钎料内部元素分布及调控钎料熔点。本复合钎料片可以通过调节Sn和Sn‑Bi共晶钎料片的厚度和层数来控制复合钎料中的含量，进而控制复合钎料的熔点在170‑210℃，可以冲裁成各种规格的预成型焊片，同时可以在焊接过程中抑制Bi偏析粗化，极大的改善Sn‑Bi钎料的脆性问题，提高焊接的可靠性。相比传统的熔铸法制备的合金钎料，该方法工艺简单，成本低而且易于操作。

技术领域

本发明属于电子元器件的焊接材料技术领域，涉及一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片、制备方法及其应用，本发明首次将该制备方法应用于改善钎料内部元素分布及调控钎料熔点中。

背景技术

3D封装由于具有高性能、小尺寸、异构集成等特点，是扩展摩尔定律的一个很有前途的方向，电子封装技术也越来越受到重视。在封装的回流焊中，钎料被用来实施组装元器件的引线或者断点与印制板上的焊盘连接。形成的焊点承担着导电，导热和机械连接作用，其连接的可靠性将强烈影响着电子元器件的使用性能。

出于对环境保护和人体健康的考虑，含Pb钎料被禁止使用。目前，Sn基钎料，如Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Ag-Cu钎料，由于出色的润湿性，力学性能，热性能被广泛使用，被认为是最有希望替代含Pb钎料的选择之一。但是在实际的生产过程中，Sn基钎料具有较高的熔点，回流温度一般为230～300℃，芯片和基板之间由于热膨胀系数不同而导致热翘曲以及热应力的产生。一般认为可以通过降低回流温度来抑制热翘曲的产生，但是目前所有的Sn基钎料都不能在低温下进行回流。

基于此，Sn-58Bi共晶钎料具有较低的熔点(139℃)和较低的生产成本而受到研究者的关注，但是由于Bi属于硬脆相，在回流过程中会发生Bi的偏析粗化(F.Wang,Y.Huang,Z.Zhang,C.Yan,Interfacial reaction and mechanical properties of Sn-Bi solderjoints,Materials.

2017,10)，降低了钎料的延展性能和力学性能，严重影响了焊点的可靠性。

针对以上在实际生产过程中焊点的可靠性问题，急需要一种可以兼顾低温回流和力学性能的新型钎料。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供了一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片，其为熔点在160-210℃而且具有高可靠性的Sn-Bi复合钎料片，可以冲裁成各种规格的预成型焊片，同时该复合钎料片可以在焊接过程中抑制Bi偏析，提高焊接的可靠性。本发明还提供了该复合钎料片的制备方法及应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可低温焊接的高可靠性复合钎料片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1，使用轧机将Sn基钎料片和Sn-Bi共晶钎料块分别轧制成厚度为10-500μm的钎料片，然后清洗，去除其表面污染物，杂质等附着物。

步骤2，将所得的Sn基钎料片和Sn-Bi共晶钎料片裁剪成相同尺寸。

步骤3，将步骤2中获得的钎料片按照Sn/Sn-Bi/Sn/Sn-Bi…Sn/Sn-Bi的结构方式进行交错有序叠放，形成叠放层数为2-10层的叠层结构，其中，Sn基钎料片和Sn-Bi共晶钎料片的层数可以相同，也可以不同。

步骤4，将步骤3中获得的叠层结构置于两片陶瓷之间，然后整体置于高精度数显加热台上，利用标准砝码对其施加压力，保压1-5分钟，使Sn钎料和Sn-Bi共晶钎料复合，其中，加热台的温度范围为145-200℃，砝码压力为0.2-1N；在该温度范围和压力下，Sn-Bi共晶钎料会完全熔化，Sn基钎料在其界面处会部分熔化，Sn-Bi共晶钎料中的Bi原子会向Sn基钎料中扩散。