專利名稱：一種高溫電子封裝用無鉛釬料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫電子封裝無鉛釬料及制備技術，特別適于電子和微電子封裝領域的釬焊，也適用于需要填縫且緊固的釬焊領域。
背景技術：
高鉛釬料(1 含量高于85wt. % )在微電子封裝的高溫領域中應用廣泛。高鉛釬料不但為酷熱環境下工作的微電子元器件提供了穩固可靠的連接，也常常作為梯級釬焊時的高熔點合金用于電子元件的一級封裝，高鉛釬料也是大型IT設備及網絡基礎設施、大功率電源及開關、汽車電子、航空航天等軍工及民用領域關鍵電子元件封裝中極為重要的互連材料。可是近年來，在歐盟發布的R0HS指令引導下，各國已相繼立法來限制1 在微電子行業中的使用，由于高1 焊料目前還無合適的替代品，故在RoHS指令中暫時得到豁免。然而，在全球范圍內電子封裝無鉛化迅速發展的狀況下，全面禁止這些含1 釬料的使用將是業界的必然趨勢。因此，研發替代高鉛釬料的新型無鉛釬料已成為業界的迫切需要并具有重要的現實意義。目前對于高鉛釬料無鉛化的研究報道不多，潛在的替代合金有Au基，Bi基，Zn-Al 基，Sn-Sb基合金等，但是這些合金都有各自的缺陷。Au基釬料主要應用在光電子封裝、高可靠性大功率電子器件氣密性封裝和芯片封裝中，常用的Au基合金系有Au-Sn，Au-Si，Au-Ge等，但金基合金較硬、抗拉強度高、伸長率低、難以加工成線材或帶材，且成本太高，限制了它的應用。中國專利申請CN155896A提出用含Ag為2_18wt. %的BiAg合金(固相線溫度大于沈2. 5°C )來替代高鉛釬料，該合金脆性大、加工性能差、與Cu和Ni基體釬焊性能較差。Zn-Al合金，成本較低，具有價格優勢，但硬度高、應力松弛能力較差，在釬焊過程中容易氧化，工藝性能和加工性能均有待提高。美國20040241039 號專利文獻(至少 5% Sn，0. 5-7% Cu，0. 05-18% Sb)和中國專利申請CNl卯4958A(8-20% Sb, 3-7% Cu，Sn余量)分別提出用Sn-Sb-Cu三元合金作為高鉛釬料的替代材料。但當Sb含量小于10%時熔點較低，且該合金存在對Cu或M基體焊盤熔蝕快的問題，同時該合金抗氧化能力較差，在焊接工藝中會產生大量錫渣。

發明內容
本發明的目的是為順應國際上釬、焊料無鉛化的潮流，提供一種熔點在240度以上，強度高、可焊性較好、具有較強抗氧化能力的高溫電子封裝無鉛釬料及其制備方法；該釬料是微電子封裝領域中暫時受RoHS豁免的傳統高鉛釬料的替代材料。為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案本發明的一種高溫電子封裝用無鉛釬料，其特殊之處在于以所述釬料總重量為基準含Sb 1-12%, Cu 0. 01-5%, Sn 0-15%, Ni 0. 01-2%, X 0-0. 1%, Bi 余量；其中 X 指 Ga、P、混合稀土中的一種或任意幾種組合。
本發明高溫電子封裝無鉛釬料的制備方法是將所述各組分混合，放入真空熔煉爐或非真空熔煉爐，在850-1100°C下保溫1-池，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌， 澆注凝固獲得釬料合金。所述的高溫電子封裝無鉛釬料合金熔點在240_300°C之間，抗彎強度4. 6_9MPa。所述釬料被制成釬料母合金或釬料塊或焊條或焊絲或焊球或焊粉或焊膏中的至少一種，可替代高鉛焊料應用于電子和微電子封裝領域。本發明所述釬料在冷卻或從液態轉換到固態時膨脹，這也適用于需要填縫且緊固的釬焊領域。本發明高溫電子封裝無鉛釬料合金無毒、無污染，力學性能好，可焊性滿足釬焊要求。與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果1本發明新型合金的熔化溫度較高并具有較好的潤濕性能，熔點在240-300°C之間，可用來替代高鉛釬料，用于微電子封裝。2本發明在Bi-Sb合金的基礎上添加了 Sn，改善了釬料的潤濕行為。3本發明在Bi-Sb合金的基礎上添加了 Cu，提高了釬料的力學性能，改善了釬料的熔化行為和潤濕能力。4本發明在Bi-Sb合金的基礎上添加了 Ni，細化了界面金屬間化合物形貌，增強了焊點的可靠性。5本發明在Bi-Sb合金的基礎上添加了 Ga，P和混合稀土中的一種或任意幾種組合，能使合金在熔融狀態下具有較好的抗氧化能力和潤濕能力。6本發明合金在冷卻或從液態轉換到固態時膨脹，可應用于需要填縫且緊固的釬焊領域。
具體實施例方式實施例1將原料按照如下重量百分比混合=Sb 2%, Cu 3%, Sn 0. 5%，Ni 1. 5%，Ga、P和混合稀土 0. 05%，余量為Bi，放入真空熔煉爐中850-1100°C下保溫l_2h，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合金。與對比例相比，熔點降低，鋪展性能提
尚ο實施例2將原料按照如下重量百分比混合Sb 5%, Cu 2%, Sn 2%, Ni 0. 05%，Ga、P和混合稀土 0. 01%，余量為Bi，放入真空熔煉爐中850-1100°C下保溫l_2h，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合金。與對比例相比，熔點降低，鋪展性能和力學性能均有所提高。實施例3將原料按照如下重量百分比配比Sb 6%, Cu 1. 5%, Sn 6%, Ni 0. 2%, Ga，P和混合稀土 0. 08%，余量為Bi，放入真空熔煉爐中850-1100°C下保溫l_2h，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合金。與對比例相比，熔點降低，鋪展性能和力學性能均有所提高。
實施例4將原料按照如下重量百分比混合Sb 8%, Cu 0. 15%, Sn 8%,Ni 0.5%，Ga、P和混合稀土 0. 05%，余量為Bi，放入真空熔煉爐中850-1100°C下保溫l_2h，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合金。與對比例相比，熔點降低，鋪展性能和力學性能均有所提高。實施例5將原料按照如下重量百分比混合Sb 10%, Cu 4%, Sn 12%, Ni 1%, Ga、P和混合稀土 0. 02%，余量為Bi，放入真空熔煉爐中850-1100°C下保溫l_2h，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合金。與對比例相比，熔點降低，鋪展性能和力學性能均有所提高。對比例將原料按照如下重量百分比混合Sb 5%, Bi 95%，放入真空熔煉爐中 850-1100°C下保溫1-池，為保證合金組織均勻性，在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合
金 ο達到的技術指標見表1 表1實施例和對比例技術指標
權利要求
1.一種高溫電子封裝用無鉛釬料，其特征在于以所述釬料總重量為基準含Sb 1-12%, Cu 0. 01-5%, Sn 0-15%, Ni 0. 01-2%, X 0-0. 1 %，Bi 余量；所述 X 為 Ga、P、混合稀土中的一種或任意幾種的組合。
2.如權利要求1所述的高溫電子封裝用無鉛釬料，其特征在于所述釬料熔點為 240-300 0C，抗彎強度 4. 6-9MPa。
3.如權利要求1或2所述的一種高溫電子封裝用無鉛釬料的制備方法，其特征在于 將所述各組分混合，放入真空熔煉爐或非真空熔煉爐，在850-110(TC下保溫1-池，并在出爐前充分攪拌，澆注凝固獲得釬料合金。
4.如權利要求3所述的一種高溫電子封裝用無鉛釬料的制備方法，其特征在于將所述釬料制成釬料母合金、釬料塊、釬料條、焊絲、焊球、焊粉或焊膏中的至少一種。
5.如權利要求1或2所述的高溫電子封裝用無鉛釬料的應用，其特征在于所述釬料在冷卻或從液態轉換到固態時膨脹，可應用于需要填縫且緊固的釬焊領域。
全文摘要
潤濕性能、力學性能與抗氧化性能好，焊接強度高的一種高溫電子封裝用無鉛釬料，以所述釬料總重量為基準含Sb 1-12％，Cu 0.01-5％，Sn 0-15％，Ni 0.01-2％，X 0-0.1％，Bi余量；所述X為Ga、P、混合稀土中的一種或任意幾種的組合。本發明適用于電子封裝。
文檔編號B23K35/26GK102430873SQ201110330169
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者劉平, 崔良, 楊倡進, 胡蘭偉, 顧小龍 申請人:浙江亞通焊材有限公司