基于锌的无铅焊料组合物的制作方法

文档序号:14685832发布日期:2018-06-14 21:33
本公开内容涉及具有无铅焊料的电子封装布置(electronicspackagingarrangement)。特别地,本公开内容涉及无铅焊料组合物和与其一起使用的引线框结构。现有技术描述焊料用于多种机电和电子装置的制造和组装。例如,在电子制造行业中,焊料用于在芯片和引线框之间产生焊接连接。过去,焊料组合物通常包含大量的铅以提供具有所需特性,如熔融特性、机械特性、润湿特性和热特性的焊料组合物。还已经开发了一些基于锡的焊料组合物。近来,已经尝试生产提供所需性能的无铅和无锡焊料组合物。一类无铅焊料是基于锌的焊料,其是包含作为主要组分的锌,以及其它合金元素如铝和/或额外元素的合金,如例如在转让给本发明的受让人的题为“Lead-FreeSolderCompositions”的美国专利申请系列号13/586,074(美国专利申请公开号2013/0045131)中所述的那样,其全部公开内容通过引用明确地并入本文。发明概述本公开内容提供了具有无铅焊料的电子封装布置。特别地,本公开内容提供了无铅焊料组合物和与其一起使用的引线框结构。该无铅焊料组合物可以是基于锌的。该焊料组合物可以包含作为主要组分的锌、铝和锗,以及作为次要组分的镓和镁。该无铅基于锌的焊料组合物可以表现出例如期望的熔融特性、机械特性和润湿特性。该引线框结构可以包括金属引线框、防止引线框氧化的金属阻隔层,以及促进焊料如无铅基于锌的焊料在通过将芯片连接到引线框上的管芯连接(die-connect)过程期间均匀润湿到引线框上的相对薄的润湿促进层。例如,该引线框和该润湿促进层可以由铜构成,并且该阻隔层可以由镍构成。在焊料的流动和凝固期间形成铜/锌金属间层。在铜层中基本上所有的铜在铜/锌金属间层的形成期间被消耗,并且该金属间层足够薄以便在电子封装布置的制造和后续使用期间抵抗内部破裂故障。在其一种形式中,本公开内容提供了一种焊料组合物,其包含作为第一主要组分的锌、作为第二主要组分的铝、作为第三主要组分的锗、作为第一次要组分的镓、和作为第二次要组分的镁,其中各次要组分以小于各主要组分的量存在于该焊料组合物中。在其另一种形式中,本公开内容提供了一种焊料组合物,其包含大约77至大约93重量%的锌、大约3至大约15重量%的铝、大约3至大约7重量%的锗、大约0.25至大约0.75重量%的镓和大约0.125至大约0.375重量%的镁。在其又一种形式中,本公开内容提供了包含无铅基于锌的焊料组合物的焊丝。在其再一种形式中,本公开内容提供了一种电子封装布置,其包括芯片和接合到该芯片的引线框结构,该引线框结构包括金属引线框、在该金属引线框上的金属阻隔层、和在该金属阻隔层上并接合到该芯片的金属间层,该金属间层由在金属阻隔层上的润湿促进层与无铅基于锌的焊料组合物形成。附图简要说明通过参考与附图结合的本发明实施方案的以下描述,本公开内容的上述及其它特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明确,并且本发明自身将更好地被理解,其中:图1A是包括连接到引线框的芯片的示例性电子封装布置的横截面示意图。图1B是图1A的一部分的局部视图。图2A是图1A和1B的电子封装布置中使用的示例性引线框结构的横截面示意图。图2B是图2A的一部分的局部视图。图3显示出用于实施例1的高角度破碎率测试的实验装置。图4和5对应于实施例2,其中:图4是具有厚度为2微米的铜层的引线框结构的横截面光学显微镜图像;和图5是具有厚度为8微米的铜层的引线框结构的横截面光学显微镜图像。图6-8对应于实施例3,其中:图6是润湿到图4的引线框上的基于锌的焊料的图像;图7是润湿到图5的引线框上的基于锌的焊料的图像;和图8是润湿到对照引线框上的基于锌的焊料的图像,所述对照引线框包括镍阻隔层,但缺少铜层。图9-12对应于实施例4,其中:图9是凝固到图6的引线框上的基于锌的焊料的扫描电子显微镜(SEM)横截面图像;图10是对应于图9的X射线线扫描元素分析的一系列曲线;图11是凝固到图7的引线框上的基于锌的焊料的扫描电子显微镜(SEM)横截面图像;和图12是对应于图11的X射线线扫描元素分析的一系列曲线。发明详述焊料组合物是用于连接两个或多个基底或工件的易熔金属和金属合金并具有低于那些工件的熔点。例如,在半导体制造行业中,焊料组合物用于在芯片与引线框之间产生焊接连接的管芯连接应用。I.焊料组合物本文中公开了不含铅或基本上不含铅的焊料组合物。该无铅焊料组合物可以是基于锌的焊料组合物,如下文中进一步所述的那样。可以多种不同形式来提供焊料组合物,包括但不限于块状(bulk)焊料产品、焊膏和焊丝,如下文中进一步所述的那样。焊膏形式的焊料组合物可以是流体或油灰状材料,其可以使用各种方法施加到基底上,所述各种方法包括但不限于印刷和分配,例如使用注射器。示例性焊膏制剂可以通过混合粉末状金属焊料组合物与焊剂(flux)来形成,其中所述焊剂是充当临时粘合剂的浓稠(thick)介质。该焊剂可以使焊膏的组分保持在一起,直到焊接过程熔融该粉末状焊料组合物。适于焊膏的粘度可以取决于如何将所述焊膏施加到基底上而变化。适于焊膏的粘度包括300,000-700,000厘泊(cP)。焊丝形式的焊料组合物可以通过将焊料组合物牵引通过口模(die)以提供细焊丝来形成。合适的焊丝可以具有小于大约1毫米(mm),例如大约0.3至大约0.8毫米的直径。在一些实施方案中,该焊丝能够在不会断裂成两段或多段的情况下卷绕或盘绕在线轴上。例如,焊丝可以卷绕在具有内毂直径为51毫米的的线轴上,所述内毂位于具有直径为102毫米的两个外部凸缘之间。当焊丝初始卷绕在该线轴上时,最接近内毂的焊丝部分盘绕成具有有效直径为大约51毫米的线轴。当额外的焊丝卷绕在该线轴上时,该线轴的有效直径由于在内毂上的下层的焊丝而增加至102毫米。无论形式如何,例如可以基于其熔融特性、机械特性和润湿特性来评估焊料组合物。下面进一步讨论这些特性。可以基于其熔融特性,包括其固相线温度、液相线温度和所述液相线与固相线温度之间的熔融温度范围来评估焊料组合物。该焊料组合物的固相线温度量化了该焊料组合物开始熔融时的温度。低于该固相线温度,该焊料组合物是完全地固体。在一些实施方案中,该固相线温度可以为大约300℃或更高以允许分步焊接操作并最大程度减小最终用途装置中的热应力。该焊料组合物的液相线温度量化了该焊料组合物在高于其温度下是完全熔融的温度。该液相线温度是其中晶体(例如固体材料)可以与熔体(例如液体材料)共存的最高温度。高于该液相线温度,该焊料组合物是均匀的熔体或液体。该焊料组合物的熔融温度范围限定在该液相线与固相线温度之间。在一些实施方案中,可以优选的是具有狭窄的熔融温度范围以最大程度减小该焊料组合物以两相存在时的范围。还可以基于其机械特性,如伸长率和延性来评估焊料组合物。该焊料组合物的延性指的是该焊料组合物在拉伸应力下变形的能力。焊料接头(solderjoint)在终端装置中在该装置的寿命期间经历降低的焊料接头强度。延性焊料组合物可以延长该装置的寿命,并且因此是期望的。延性焊料组合物还可以在如本文中进一步所述的焊丝的制造中是期望的以便能够将焊丝盘绕或卷绕到线轴上。延性可以用线轴弯曲测试仪测量以测定高角度(大于90°)的延性测量值。该线轴弯曲测试仪还可用于测定低角度(小于90°)的延性测量值。合适的延性值取决于该焊料组合物的最终用途。在一些实施方案中,合适的焊料组合物可以例如具有0%的高角度破碎率和小于50%、小于40%、或小于30%的低角度破碎率。还可以基于其润湿特性(其指的是该焊料组合物流动并润湿基底或工件表面的能力)来评估焊料组合物。增加的润湿通常在工件之间提供增加的粘结强度。润湿可以使用例如点湿测试(dotwettest)测量。本公开内容的示例性焊料组合物是基于锌的焊料组合物,其包含作为多数或主要组分的锌(Zn)以及与其结合或与其合金化的一种或多种其它元素。除锌之外,该焊料组合物的其它主要组分可以包括铝(Al)和锗(Ge)。该焊料组合物的次要组分可以包括镓(Ga)和镁(Mg),其中各次要组分以小于各主要组分的量存在于该焊料组合物中。该组分或成分可以以下相对量存在于该焊料组合物中:锌>铝>锗>>镓>镁。锌可以大约77至大约93重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个实施方案中,锌可以低至大约77、79、81、83或85重量%或高至大约87、89、91或93重量%、或在前述值中任意一对限定的任意范围内的量存在于该焊料组合物中。例如,锌可以大约79至大约91重量%;大约81至大约89重量%;或大约79至大约89重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个具体实施方案中,锌可以大约88.25重量%的量存在于该焊料组合物中。锌可以补充该焊料组合物的余量。铝可以大约3至大约15重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个实施方案中,铝可以低至大约3、3.5、4、4.5、5、5.5或6重量%或高至大约6.5、7、7.5、8、8.5、9、11、13或15重量%、或在前述值中任意一对限定的任意范围内的量存在。例如,铝可以大约3.5至大约13重量%;大约4至大约11重量%;大约4.5至大约9重量%;大约5至大约8.5重量%;大约5.5至大约8重量%;大约5.5至大约7.5重量%;大约5.5至大约7重量%;或大约5.5至大约6.5重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个具体实施方案中,铝可以大约6重量%的量存在于该焊料组合物中。锗可以大约3至大约7重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个实施方案中,锗可以低至大约3、3.5、4、4.5或5重量%或高至大约5.5、6、6.5或7重量%、或在前述值中任意一对限定的任意范围内的量存在。例如,锗可以大约3.5至大约6.5重量%;大约4至大约6重量%;或大约4.5至大约5.5重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个具体实施方案中,锗可以大约5重量%的量存在于该焊料组合物中。镓可以大约0.25至大约0.75重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个实施方案中,镓可以低至大约0.25、0.275、0.30、0.325、0.35、0.375、0.40、0.425、0.45、0.475或0.50重量%或高至大约0.525、0.55、0.575、0.60、0.625、0.65、0.675、0.70、0.725或0.75重量%、或在前述值中任意一对限定的任意范围内的量存在。例如,镓可以大约0.25至大约0.725重量%;大约0.275至大约0.725重量%;大约0.30至大约0.70重量%;大约0.325至大约0.675重量%;大约0.35至大约0.65重量%;大约0.375至大约0.625重量%;大约0.40至大约0.60重量%;大约0.425至大约0.575重量%;大约0.45至大约0.55重量%;或大约0.475至大约0.525重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个具体实施方案中,镓可以大约0.5重量%的量存在于该焊料组合物中。镁可以大约0.125至大约0.375重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个实施方案中,镁可以低至大约0.125、0.15、0.175、0.20或0.225重量%或高至大约0.275、0.30、0.325、0.35或0.375重量%、或在前述值中任意一对限定的任意范围内的量存在。例如,镁可以大约0.15至大约0.35重量%;大约0.175至大约0.325重量%;大约0.20至大约0.30重量%;或大约0.225至大约0.275重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个具体实施方案中,镁可以大约0.25重量%的量存在于该焊料组合物中。焊料组合物还可以包含一种或多种任选的掺杂剂,例如铟、锡、铜、银、金、镍、铂、钯、钒和/或钼。在一些实施方案中,合适的掺杂剂包括钕、镧系元素的成员(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥)、周期表第IIA族的成员(钙、锶、钡)、周期表第IIIB族的成员(钪、钇)、周期表第IVB族的成员(钛、锆、铪)、或其任意组合,其中族编号体系为CAS族编号体系。整体而言,该掺杂剂可以最高大约2.5重量%的量存在于该焊料组合物中。在一个实施方案中,该掺杂剂可以低至大约0.001、0.005、0.01、0.05、0.1或0.5重量%或高至大约1.0,1.5,2.0或2.5重量%、或在前述值中任意一对限定的任意范围内的量存在。例如,该掺杂剂可以0.001至大约2.5重量%;大约0.005至大约2重量%;大约0.01至大约1.5重量%;大约0.05至大约1.5重量%;大约0.1至大约1.5重量%;大约0.5至大约1.5重量%;大约0.05至大约1重量%;大约0.1至大约1重量%;或大约0.5至大约1重量%的量存在。在一些实施方案中,该掺杂剂可以具有高氧亲和力并在管芯粘结过程期间充当脱氧剂和/或提供低氧化熔融组分。在一些实施方案中,该掺杂剂可以改进该焊料的润湿。也就是说,在一些实施方案中,该掺杂剂可以改进焊料流动并润湿该基底或工件表面的能力。如本文中所述,增加或改进的润湿通常在工件之间提供增加的粘结强度。在其中该焊料组合物包含一种或多种掺杂剂的实施方案中,该成分可以下表1中显示的量存在。表1在其中该焊料组合物由或基本由锌、铝、锗、镓和镁组成且不含任何掺杂剂的实施方案中,该成分可以下表2中显示的量存在。表2在一个具体实施方案中,该成分可以下表3中显示的量存在。表3成分量(重量%)Zn88.25Al6Ge5Ga0.5Mg0.25总计100在另一个具体实施方案中,该成分可以下表4中显示的量存在。表4成分量(重量%)Zn88.15Al6Ge5Ga0.5Mg0.25Nd0.1总计100在另一个具体实施方案中,该成分可以下表5中显示的量存在。表5成分量(重量%)Zn87.25Al6Ge5Ga0.5Mg0.25Nd1总计100该焊料组合物可以是无铅和/或无锡的。如本文中所用,“无铅”是指具有小于0.1重量%的铅的焊料组合物,和“无锡”是指具有小于0.1重量%的锡的焊料组合物。对本文中描述或要求保护的任何焊料组合物,所有组分的重量百分比的总和应为100%。II.引线框结构在本文中还公开了与上述无铅基于锌的焊料组合物一起使用的引线框结构。参照图1A和1B,显示了根据本公开内容的示例性电子封装布置10的横截面示意图,其包括经由下述类型的多层焊接连接连接到引线框14上的芯片12(即集成电路和/或微处理器)。在用于管芯连接过程之前,根据本公开内容的引线框结构16显示在图2A和2B中,所述管芯连接过程通过将芯片12经由焊接连接连接到引线框结构16上以形成图1A中显示的电子封装布置10。引线框结构16包括可以连接一个或多个芯片(例如图1A的芯片12)的以金属导电基底形式的引线框14,并且引线框14和/或连接的芯片还可以包括与其连接的电引线或其它组件(未显示)。引线框14通常由纯铜或铜合金制成。然而,当引线框14由纯铜或铜合金制成时,引线框14的铜表面在与大气中的氧接触时将倾向于自发地氧化为氧化铜,由此形成氧化铜层。氧化铜是电绝缘的,其可以降低引线框14的导电性,并且形成的任何氧化铜层还可以阻碍液体焊料在管芯连接过程期间润湿引线框14表面的能力和/或可以损害引线框14与芯片12之间所得连接的完整性。引线框14在引线框14的至少一个表面上并取决于应用任选在引线框14的各相对表面上提供有金属阻隔层18,以防止下面的引线框14的金属的氧化。阻隔层18可以由与引线框14的金属相比具有降低的氧化倾向的金属制成。在一个实施方案中,阻隔层18由纯镍或镍合金制成。因此,阻隔层18覆盖引线框14的表面,并防止引线框14的金属接触周围环境以及自发地被氧气氧化。此外,如下所述,阻隔层18还作用于防止引线框14的金属接触在管芯连接过程期间用于使芯片12固定至引线框14的焊料,所述接触会导致引线框14的金属与焊料的金属(一种或多种)之间的金属间化合物的形成。阻隔层18可以通过镀敷法(platingprocess)如经由电镀或无电镀在引线框14上形成。此外,阻隔层18可以连续或铺盖(blanket)方式在引线框14的整个表面上形成,或者替代地可以在引线框14的表面的管芯焊盘区(diepadarea)和/或其它所选区域上选择性形成。在电镀过程中,引线框14在溶解的待沉积金属的溶液的电镀浴中是阴极。待沉积金属通常是阳极。在施加电流时,该浴中溶解的金属离子被还原并沉积到该引线框阴极上以形成阻隔层18。在一个实施方案中,氨基磺酸盐电解质浴可以包含溶解的镍,并且该电镀浴还可以缺少通常以例如增亮剂形式存在的有机添加剂。使用前述的浴可以导致具有略微粗糙或“无光”饰面的沉积金属表面。替代地,可以使用无电沉积法,其不在施加的电流的存在下进行,而是使用还原剂如水合次磷酸钠(NaPO2H2·H2O)以还原来自溶液的沉积金属的离子并使金属沉积到引线框14的表面上的自催化反应。根据这样的方法镀敷到引线框上的镍阻隔层可以被称为“无电镍”层,通常将是包含用例如大约2-4重量%的磷合金化的镍的镍合金。通常,阻隔层18的厚度为最高10微米(μm),如1微米至10微米。在一个实施方案中,阻隔层18的厚度可以例如低至1、2或3微米和高至5、6、7、8、9或10微米,或者可以具有在前述值的任意对之间限定的任意范围内的厚度。例如,阻隔层18的厚度可以为大约2至大约9微米;大约2至大约8微米;大约2至大约7微米;大约2至大约6微米;大约2至大约5微米;大约3至大约9微米;大约3至大约8微米;大约3至大约7微米;大约3至大约6微米;或3至大约5微米。参照图2A和2B,引线框结构16包括润湿促进层20,其可以替代地被称为润湿促进“毛刺(flash)”,并且出于下文讨论的原因其与阻隔层18相比可以是相对薄的。润湿促进层20在阻隔层18上形成,以便在液体焊料在管芯连接过程期间流到引线框14上时帮助液体焊料以均匀的方式在引线框14上润湿。润湿促进层20可以是铜或铜合金层,尽管可替代地为锌、铋、锡或铟以及前述的合金的层。特别地,已经发现,某些焊料组合物并且特别是上文公开的类型的基于锌的焊料组合物非常均匀和有效地在铜或铜合金表面上润湿。如果需要的话,引线框结构16可以在用于管芯连接过程之前在惰性环境中封装以防止氧化润湿促进层20。如果除了促进焊料润湿之外还需要抗氧化性,层20可替代地为金、铂、钯、钌或银的层。润湿促进层20可以具有最高10微米(μm)的厚度,如1微米至10微米。在一个实施方案中,铜层16的厚度可以例如低至1、2或3微米和高至5、6、7、8、9或10微米,或者可以具有在前述值的任意对之间限定的任意范围内的厚度。例如,润湿促进层20的厚度可以为大约2微米至大约9微米;大约2微米至大约8微米;大约2微米至大约7微米;大约2微米至大约6微米;大约2微米至大约5微米;大约3微米至大约9微米;大约3微米至大约8微米;大约3微米至大约7微米;大约3微米至大约6微米;或大约3微米至大约5微米。类似于其中在引线框14上形成阻隔层18的方式,润湿促进层20例如可以经由电镀或无电镀法在阻隔层18上沉积,并也可以连续或铺盖方式在整个引线框和/或阻隔层上沉积,或者替代地可以仅在引线框和/或阻隔层的表面的管芯焊盘区和/或其它所选区域上沉积。回到图1A和1B,上文公开的类型的无铅基于锌的焊料组合物可以有利地用于本发明的封装布置以使用焊料层22使芯片12连接到引线框14上。用于焊料层22的其它合适的基于锌的焊料组合物公开在上面并入的美国专利申请系列号13/586,074中。本发明人已经发现了将液体基于锌的焊料直接施加到铜引线框上的缺点在于,尽管该基于锌的焊料在管芯连接过程期间均匀地润湿该铜引线框的表面,但是液体可流动的基于锌的焊料的提高的液相线温度(其对于基于锌的焊料而言通常大于330℃)导致铜/锌(Cu/Zn)金属间化合物的形成,所述金属间化合物是相对脆的,并且通常表明在基于锌的焊料凝固时在铜引线框与基于锌的焊料之间形成Cu/Zn金属间层或界面。当将液体基于锌的焊料直接施加到铜引线框上时,该金属间层可以是相对厚的。此外,在制造后以及在封装布置在其中使该电子封装布置暴露于高温(如高于大约150℃)的服务应用中使用期间,例如,可以形成进一步的Cu/Zn金属间化合物,并且以这种方式,该Cu/Zn金属间层或界面的厚度可能经时增加。在许多电子封装配置中,特别是在具有例如大于25平方毫米的芯片-引线框连接的“大框架”应用中,该Cu/Zn金属间层可能具有不期望的厚度,或者可能在使用期间最终增加至不期望的厚度,潜在地导致管芯破裂事件,其中芯片与引线框之间的连接跨越相对脆的金属间层发生故障。此外,基于锌的焊料的相对高的模量倾向为前述连接提供很少的应力释放。此外,基于锌的焊料倾向于相当差地润湿到金属阻隔层如镍上,其被提供以保护下面的引线框免于氧化,如上所述的那样。然而,在本文中公开的本发明的封装布置10中提供的润湿促进层20是相对薄的,并且出于下面讨论的原因,可以被视为是诱导润湿的牺牲层。当由例如铜或铜合金制成时,该润湿促进层20初始提供暴露的铜层或表面以便在管芯连接过程期间促进基于锌的焊料在流动施加时的均匀润湿,并基本完全与基于锌的焊料中的锌反应以便在阻隔层18与焊料层22之间形成薄的、专用的Cu/Zn金属间层24或界面,如图1A和1B中所示的那样。该专用的Cu/Zn金属间层24来自于消耗初始存在于铜润湿促进层20中的基本所有的铜,并由此导致相对薄的Cu/Zn金属间层24,并且由于以下事实在该电子封装布置的使用期间不可能增加:在管芯连接过程中的焊料流动期间,该铜润湿促进层20中的基本所有铜与焊料层22中的锌结合以形成金属间层24。而且,该专用的Cu/Zn金属间层24足够薄使得显著降低了这样的层中破裂故障的可能性,由此导致有利于该封装结构10的耐久性特征。专用的Cu/Zn金属间层24可以具有最高10微米(μm),如3微米至10微米的厚度。在一个实施方案中,铜层16的厚度可以例如低至3、4或5微米和高至5、6、7、8、9或10微米,或者可以具有在前述值的任意对之间限定的任意范围内的厚度。例如,铜层16的厚度可以为大约4微米至大约9微米;大约4微米至大约8微米;大约4微米至大约7微米;大约4微米至大约6微米;大约4微米至大约5微米;大约5微米至大约9微米;大约5微米至大约8微米;大约5微米至大约7微米;或大约5微米至大约6微米。虽然本发明已经被描述为具有优选设计,但是本发明可以在本公开内容的精神和范围内进一步修改。本申请因此意在覆盖使用其一般原理的本发明的任何变化、用途或调整。此外,本申请意在覆盖如在本发明所属的领域中已知或惯用的实践手段内并落在所附权利要求的限制内的这样与本公开内容的偏离。实施例以下非限制性实施例举例说明了本发明的各种特征和特性,其并非解释为将本发明限于所述实施例。实施例1焊料组合物的制备与分析I.样品制备在该实施例中,根据下表6制备包含不同量的锌(Zn)、铝(Al)、锗(Ge)、镓(Ga)和镁(Mg)的多个焊料合金样品。通过将材料加热至410℃的温度以形成熔体来制备各个样品。然后,将各熔体在氮气气氛中浇铸以形成1英寸直径的坯体(billet)。表6II.挤出将焊料坯体用口模在200-300℃和10,342-13,790千帕(1500-2000磅/平方英寸(psi))下挤出以形成直径为大约0.762毫米(0.030英寸)的焊丝。然后,将焊丝卷绕到具有内毂直径为51毫米(2英寸)和具有直径为102毫米(4英寸)的两个外部凸缘的线轴上。挤出结果显示在下表7中。标记为“通过”的样品在没有断裂成两段或多段的情况下成功地挤出成丝并盘绕到线轴上。标记为“失败”的样品太脆以至于不能形成盘绕的丝。表7样品挤出1通过2通过3通过4通过5通过6通过7通过8通过9通过10失败11通过12通过13通过14通过15失败16失败17失败18失败III.熔融特性通过差示扫描量热法(DSC)使用PerkinElmerDSC7机器测定样品焊丝的熔融特性。用该机器测量固相线温度和液相线温度。作为液相线温度与固相线温度之间的差值来计算该熔融温度范围。样品焊丝的熔融特性显示在下表8中。表8样品固相线温度(℃)液相线温度(℃)熔融范围(℃)1352.5366.313.82346.1365.919.83347.9366.718.84351.8368.616.85353.9369.315.46349.1372.223.17349.9370.320.48354.3362.48.19354.7361.77.010364.7375.410.711355.8363.57.712353.8361.67.813370.3377.47.114332.8368.836.015363.2381.518.316351.7370.318.617343.5365.421.918339.4353.914.5IV.机械特性根据题为“StandardTestMethodsforTensionTestingofMetallicMaterials”的ASTME8在室温下通过操作Instron4465机器来评估样品焊丝的伸长率。通过在室温下进行弯曲高角度破碎率(BendBR-HA)测试来测定样品焊丝的延性。图3举例说明了用于该BendBR-HA延性测试的实验装置。如所示那样,线轴110包括平行的凸缘112、内毂114和槽116。内毂114位于平行凸缘112之间,在其间产生空间。内毂114具有51毫米的直径,和凸缘112具有102毫米的直径。槽116在内毂114中形成。丝118的一端插入到槽116中,并将丝118卷绕到内毂114上。如图3中所示,孔116中的丝118的末端与在内毂114中卷绕的丝118形成角度A,其中该角度A大于90°。该测试评估是否各丝118能够成功地弯曲和绕空线轴110的轮毂114卷绕一次而没有断裂。对于各个样品,进行BendBR-HA延性测试的10次试验。样品焊丝的机械特性显示在下表9中。关于BendBR-HA延性测试,标记为“通过”的样品在10次试验中至少7次成功地弯曲和卷绕而不断裂,而标记为“失败”的样品在10次试验中至少4次断裂。表9V.润湿特性通过使用包含95体积%氮气和5体积%氢气的合成气体在410℃下操作ASMSD890A管芯焊接机(diebonder)来测定样品焊丝的润湿特性。将焊丝进料到热的铜引线框中,使焊丝熔融并在该引线框上形成点。为了评估“点尺寸”,以1-5的尺度测量各个点的尺寸,1代表小点(即低润湿)和5代表大点(即高润湿)。为了评估“润湿图案”,将各个点置于大约100克的压重下。以1-5的尺度测量各个受压点的尺寸,1代表小的铺展(即低润湿)和5代表大的铺展(即高润湿)。样品焊丝的润湿特性显示在下表10中。表10样品润湿图案点尺寸155235324423513611721841933104N/A114312331333144115N/AN/A16N/AN/A17N/AN/A18N/AN/AVI.分析样品1表现出最佳的整体性能——良好的挤出特性(表7)、良好的机械特性包括伸长率和延性(表9),和良好的润湿特性(表10)。与样品1相比,高水平的镁显示出不利地影响挤出和延性,并且没有改进润湿。样品1包含0.25重量%的镁。包含1重量%镁或更多的样品10和15-17太脆以至于不能形成挤出的丝(表7)。包含0.5重量%镁或更多的样品6和14成功地挤出(表7),但未能通过BendBR-HA延性测试(表9)。样品6、10和14-17与样品1相比均未表现出改进的润湿(表10)。与样品1相比,低水平的镁也未能改进润湿。再一次,样品1包含0.25重量%的镁。包含0.12重量%镁或更少的样品8、9和11表现出与样品1相比较少的润湿(表10)。与样品1相比,高水平的镓显示出不利地影响挤出和延性,并且没有改进润湿。样品1包含0.5重量%的镓。包含1重量%镓或更多的样品10、15、16和18太脆以至于不能形成挤出的丝(表7)。也包含1重量%镓或更多的样品2和14成功地挤出(表7),但未能通过BendBR-HA延性测试(表9)。样品2、10、14-16和18与样品1相比均未表现出改进的润湿(表10)。与样品1相比,低水平的镓也未能改进润湿。再一次,样品1包含0.5重量%的镓。包含0.05重量%镓的样品5和11表现出与样品1相比较少的润湿(表10)。与样品1相比,高和低水平的锗也未能改进润湿。样品1包含5重量%的锗。分别包含8、2和0重量%锗的样品12、13和14表现出与样品1相比较少的润湿(表10)。实施例2制备引线框结构在该实施例中,制备根据本公开内容的引线框结构。获得纯铜引线框,并使用无电镀法用纯镍镀敷至6微米的厚度。经由电镀法使相对薄的铜层沉积在该镍层上。图4是具有2微米厚度的铜层的第一引线框结构的SEM横截面图像,和图5是具有8微米厚度的铜层的第二引线框结构的SEM横截面图像。各引线框结构包括铜引线框200、镍镀层202和铜毛刺或铜层204。实施例3焊料润湿研究将基于锌的焊料组合物在高于其液相线温度下加热并使用ASM890管芯焊接机润湿到图4和5的引线框上,结果分别显示在图6和7的图像中。如图6和7中所示,该基于锌的焊料均匀地润湿在引线框的铜层上,其在具有2微米(图6)和8微米(图7)铜层的引线框两者上均具有广泛的覆盖。在对比例中,将相同的基于锌的焊料组合物润湿到包含镍阻隔层但不包含上覆铜层的对照引线框上。如图8中可以看到的那样,焊料润湿不均匀,而是观察到相当显著的去润湿(de-wetted)焊料的区域,以及代表在焊料流动期间变得与主焊料区域分离的一部分体积的焊料的焊料球。实施例4分析Cu/Zn金属间层图9和11是在基于锌的焊料流动并凝固到引线框上之后分别对图6和7的引线框采取的SEM横截面图像。图10和12是在整个材料引线框的横截面上的不同深度下采取的X射线线扫描元素分析。参照图9和10,该引线框结构包括铜引线框300、镍层302、铜层304、铜/锌金属间层306和基于锌的焊料308,对于具有2微米铜层的引线框,该层中基本所有的铜均与来自该基于锌的焊料的锌反应以形成具有厚度为大约2微米的Cu/Zn金属间层,该层的铜基本没有以未反应的纯铜形式残留。参照图10,可以看出形成了纯镍以及Cu/Zn金属间层的不同的层。参照图11和12,对于具有8微米铜层的引线框,在该铜层中最高至大约4微米深度的铜与来自该基于锌的焊料的锌反应,以形成具有厚度为大约4微米的Cu/Zn金属间层,该原始铜层的大约4微米纯铜保持纯净和未反应。参照图12,可以看出形成了纯镍和纯铜,以及Cu/Zn金属间层的不同的层。可以在不偏离本发明的范围的情况下对所讨论的示例性实施方案进行各种修改和添加。例如,当上述实施方案提到特定特征时,本发明的范围还包括具有特征的不同组合的实施方案与未包括所有所述特征的实施方案。因此,本发明的范围意在涵盖落在权利要求范围内的所有这样的替代、修改和变化,以及其所有等效方案。当前第1页1 2 3 
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