用于表面贴装回流钎焊的抗竖碑无铅合金的制作方法

文档序号:3391310阅读:373来源:国知局
专利名称:用于表面贴装回流钎焊的抗竖碑无铅合金的制作方法
技术领域
本发明一般涉及适用于钎焊的无铅合金,且更具体涉及包含锡、银和铜的抗竖碑合金组合物。
背景技术
由于电子工业不断追求电子器件的微型化,对小型无引线元件如0402(该术语是指尺寸为40mil×20mil的元件)和0201越来越多的使用导致竖碑缺陷(tombstoning)的迅速增加。这种竖碑缺陷是小型无引线元件如电阻和电容的表面贴装回流钎焊中观察到的一种最常见的缺陷,它由竖碑效应(也称为Manhattan效应、Drawbridge效应或Stonehenge效应)引起。在这种现象中,芯片元件一端从印制电路板上脱离而另一端与电路板保持连接,从而芯片元件向着垂直方向立起。
竖碑效应的原因在于回流钎焊过程中元件两端熔融钎料的表面张力引起拉力的不均衡。元件的可焊性改变或元件两端钎料膏开始回流时的熔化差异可能干扰元件上熔融钎料表面张力的复杂平衡。
为了克服电子制造中的竖碑问题,新的合金技术得到了开发,如Taguchi等人(美国专利No.6,050,480)和Huang等人(美国专利申请No.20020063147)的提议所述。Taguchi等人提出使用由60-65%锡(Sn),0.1-0.6%银(Ag),0.1-2%锑(Sb)和余量的铅(Pb)组成的钎料粉体合金来防止回流钎焊期间发生竖碑。Taguchi主要利用Ag和Sb来有效提高凝固温度范围,进而防止竖碑。同样,Huang等人提出使用包含32.0-42.0%(Pb),58.0-68.0%(Sn)和0.1-0.7%(Ag)的抗竖碑钎料来提供更宽的凝固范围并平衡熔融钎料的表面张力。
虽然这些建议的钎料合金将竖碑频率减至最小,但是它们包含铅。众所周知铅具有毒性并且对环境和公共健康带来危险。由于这个原因,联邦法规对铅和含铅组合物的使用实行了严格的限制。因此,近年来,用无铅钎料代替包含锡-铅的钎料已成为电子工业中的一个世界性趋势。在这些有希望的无铅合金中,优选的无铅钎料是锡-银-铜合金。例如,日本电子工业发展协会(JEIDA)推荐使用(4.0-2.0)%(Sn)(1.0-0.5)%(Ag)余量的Cu。(“无铅钎料商品化的挑战和成就-无铅钎料商品化的路线图2000-1.1版(Challenges and effortstoward commercialization of lead-free solder road map 2000 forcommercialization of lead-free solder-ver.1.1)”,日本电子工业发展协会,无铅钎焊研发项目委员会,2000年2月,http://www.jeida.or.jp/english/information/phfree/roadmap.html//)。此外,欧洲IDEALS协会推荐使用Sn95.5Ag3.8Cu0.7(J.Bath,C.Hardwerker,and E.Bradley,“Research updateLead-freesolder alternatives”,Circuit Assembly,2000年5月,第31-40页)。而在美国,国家电子制造业协会(NEMI)的无铅封装项目(theLead-free Assembly Project of National ElectronicsManufacturing Initiative(MEMI))推荐使用Sn95.5Ag3.9Cu0.6(上述Bath等人)。
在目前的电子工业中,最常用的Sn-Ag-Cu合金由Ag(4.0-3.0)%,Cu(1-0.5)%,余量的Sn组成,Anderson等人(美国专利No.5,527,628)和Tanabe等人(日本专利No.05-050286)的专利涵盖了大部分这些合金,除此之外有Beghardt等人公布的Sn95.5Ag4Cu0.5合金(E.Berghardt and G.Petrow,“Ueber den Aufbau des SystemsSilber-Kupfer-Zinn”,Zeitschrift fuer Metallkunde,50,1959,第597-605页),和美国专利No.5,405,577公开的Castin合金Sn96.2Ag2.5Cu0.8Sb0.5。另外,S.K.Kang等人(S.K.Kang et al.,“Formation of Ag3Sn plates in Sn-Ag-Cu alloys and optimizationof their alloy composition”,53rdElectronic components andtechnology(ECTC)conference,2003,第64-76页)发表了他们有关SnAg2.5Cu0.9和SnAg2Cu0.9合金用于电子封装的研究。
然而,在基于无铅Sn-Ag-Cu合金的回流钎焊中,现有技术的主要问题是尚未发现可用的抗竖碑钎料合金。尽管Katoh等人在美国专利No.6,554,180B1中提出使用具有0.2-1质量%Ag,余量Sn的“双峰”合金以及使用助焊剂来减少竖碑缺陷,但是这种合金范围与普遍接受的Sn-Ag-Cu合金组合物偏离过大,因此被认为是不实用的解决方案。
鉴于上文所述,希望提供适用于电子工业中的钎焊的无铅合金组合物和工艺,该合金可以克服上述的不足和缺点。更具体地,希望提供新型Sn-Ag-Cu合金组合物,该合金可以适合并且可用于电子元件组装中的回流钎焊工艺,能够有效地最小化竖碑频率。

发明内容
公开了适合且可用于回流钎焊的无铅Sn-Ag-Cu合金组合物。在一个特别示例性的实施方案中,无铅抗竖碑钎料合金包含锡、银和铜,该合金在熔化期间表现出大于20%的固体质量分数。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,在该抗竖碑合金熔化期间,扫描速率为5℃/min的DSC(差示扫描量热法)上的吸热峰值宽度ΔT大于8℃。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,组成金属包括约1wt%至约4.5wt%的银,约0.3wt%至1wt%的铜和余量的锡。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,组成金属包括约4wt%至约2wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,组成金属包括约3.8wt%至约2.5wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该合金组合物可以包括提高力学性能的元素。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该提高力学性能的元素包括选自Sb,Cu,Ni,Co,Fe,Mn,Cr和Mo的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的1wt%。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该合金可以包括降低熔化温度的元素。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该降低熔化温度的元素包括选自Bi,In和Zn的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的3wt%。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该合金可以包括提高抗氧化性的元素。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该提高抗氧化性的元素包括选自P,Ga和Ge的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的0.5wt%。
此外还公开了在电子装配中使用多种无铅抗竖碑Sn-Ag-Cu钎料合金组合物的回流钎焊工艺。在一个特别示例性的实施方案中,减小电子装配中回流钎焊期间的竖碑效应的工艺包括在所述装配中使用抗竖碑钎料,其中所述的钎料包含1wt%至约4.5wt%的银,约0.3wt%至1wt%的铜和余量的锡。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该无铅抗竖碑钎料合金包含约4wt%至约2wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该无铅抗竖碑钎料合金包含约3.8wt%至约2.5wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该无铅抗竖碑钎料合金可以包括提高力学性能的元素。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该提高力学性能的元素包括选自Sb,Cu,Ni,Co,Fe,Mn,Cr和Mo的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的1wt%。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该无铅抗竖碑钎料合金可以包括降低熔化温度的元素。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该降低熔化温度的元素包括选自Bi,In和Zn的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的3wt%。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该无铅抗竖碑钎料合金可以包括提高抗氧化性的元素。
依照这个特别示例性的实施方案的其它方面,该提高抗氧化性的元素包括选自P,Ga和Ge的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的0.5wt%。
下面将参照附图所示的典型实施方案对本发明进行更详细的描述。虽然下面参照典型实施方案对本发明进行描述,但是应当清楚本发明并不局限于此。理解本文内容的本领域技术人员将认识到其它的实现,改进,和实施方案,以及其它的使用领域,这些应当在这里所述的本发明的范围之内,并且其中本发明可能具有重要的实用性。


为了便于对本发明更充分的理解,现在参照附图,其中用相同数字标注相同的元素/元件。不应认为这些图对本发明有所限制,只是用来举例说明。
图1是依照本发明一个实施方案的Sn95.5Ag3.8Cu0.7合金组合物的DSC(差示扫描量热法)曲线。
图2是依照本发明一个实施方案的Sn95.5Ag3.5Cu1合金组合物的DSC曲线。
图3是依照本发明一个实施方案的Sn95.5Ag3.8Cu0.7合金组合物的DSC曲线。
图4是依照本发明一个实施方案的Sn96.7Ag2.5Cu0.8合金组合物的DSC曲线。
图5是依照本发明一个实施方案的Sn97.5Ag2Cu0.5合金组合物的DSC曲线。
图6是依照本发明一个实施方案的Sn98.3Ag0.96Cu0.74合金组合物的DSC曲线。
图7是依照本发明一个实施方案的具有64%估计质量分数的Sn96.5Ag3.5Cu1合金组合物的DSC曲线。
图8显示了本发明多种Sn-Ag-Cu合金组合物的竖碑频率的条形图。
具体实施例方式
本发明涉及包含锡、银和铜的无铅抗竖碑钎料合金,该合金表现出如下性质a)在熔化期间高质量分数如在缓慢熔化和润湿形为中表现的。
b)由展宽DSC峰表现出的延长熔化,这可使元件两端形成更均衡的拉力。
在Sn-Ag-Cu合金中,使用较广泛的回流钎焊用无铅钎料合金具有例如Ag(4.0-2.0)%,Cu(1-0.5)%,余量Sn的组成。但是工业中更为优选的组成是Ag(4.0-3.0)%,Cu(1-0.5)%,余量的Sn。在这种常用的Sn-Ag-Cu合金组成范围中,依照本发明开发出具有上述性能可减小竖碑频率的钎料合金组合物。
这里使用的术语“无铅”是指合金或钎料不含铅或基本上不含铅。作为对“基本不含铅”的含义的一种指标,参见General ServicesAdministration,Federal supply service的局长批准的FederalSpecification QQ-S571E Interim Amendment5(ER),1989年12月28日,第3.2.1.1.1段(铅不应超过0.2%)。
回流钎焊中,熔化行为与Sn-Ag-Cu合金的竖碑频率密切相关。使用差示扫描量热法(DSC)研究本发明的多种Sn-Ag-Cu合金组合物的熔化行为。
现在参照图1-6,显示了依照本发明若干实施方案的多种Sn-Ag-Cu合金组合物的DSC曲线。
图1是Sn95.5Ag3.8Cu0.7无铅钎料合金的DSC曲线。它在217℃开始熔化,在219℃出现一个大的热吸收峰(吸热峰)并且在223℃完全熔化。
图2是Sn95.5Ag3.5Cu1无铅钎料合金的DSC曲线。它在217℃开始熔化,在218℃出现一个大的热吸收峰并且在222℃完全熔化。
图3是Sn96.5Ag3Cu0.5无铅钎料合金的DSC曲线。它在217℃开始熔化,在218.6℃出现一个大的热吸收峰,在221℃出现第二个肩峰,并且在223.5℃完全熔化。
图4是Sn96.7Ag2.5Cu0.8无铅钎料合金的DSC曲线。它在216.5℃开始熔化,在219.5℃出现一个大的热吸收峰,并在221.2℃出现一个肩吸收峰,并且在225℃完全熔化。
图5是Sn97.5Ag2Cu0.5无铅钎料合金的DSC曲线。它在216.5℃开始熔化,在218.2℃出现第一个大的热吸收峰,在219.5℃出现第二个大的热吸收峰,并在223.5℃出现一个小峰,并且在225℃完全熔化。
图6是Sn98.3Ag0.96Cu0.74无铅钎料合金的DSC曲线。它在216℃开始熔化,在217.7℃出现一个大的热吸收峰,在218.8℃出现第二个大峰,在224.5℃出现第三个大峰,在225.4℃出现一个肩峰,并且在228℃完全熔化。
图1-2代表在其固相线和液相线温度之间的DSC曲线中具有一个热吸收峰的单峰合金。图3代表在其固相线和液相线温度之间的DSC曲线中具有两个热吸收峰的“双峰”合金,其中第一个峰的幅度大于第二个峰。熔化的主要部分发生在第一个峰处。图4代表在其固相线和液相线温度之间的DSC曲线中具有三个热吸收峰的“多峰”合金,其中前两个峰的幅度大致相等,并且熔化的主要部分发生在这两个峰处。图5代表在其固相线和液相线温度之间的DSC曲线中具有三个热吸收峰的多峰合金,其中第一个峰在幅度大于第二个峰和第三个峰,发生在熔化的起点;并且熔化的主要部分发生在第一个峰处。图6代表在其固相线和液相线温度之间的DSC曲线中具有四个热吸收峰的多峰合金,其中前两个峰的幅度与第三个峰和第四个峰大致相等。熔化的约半数发生在前两个峰处而另一半熔化发生在第三个峰和第四个峰处。如这些DSC曲线所证实,图3-6的合金组合物表现出逐步且缓慢的熔化模式,这是抗竖碑效应的特征。
尽管与熔化开始时的高质量分数相关的熔化行为通常在DSC扫描时具有多个吸热峰的合金中更为普遍,但是该原理也适用于单吸热峰。可以通过对称方法,使镜面穿过第一个大的吸热峰的顶点,得到所述质量分数。对称的峰代表共晶合金的理想熔化行为,这里可以认为剩余的区域是固态。
图7显示了对图4表示的Sn-Ag-Cu合金组合物在第一个吸热峰处进行对称峰拟合的DSC曲线。根据该对称拟合,Sn96.5Ag3Cu0.5合金组合物的质量分数据估计为64%,如图7所示。应注意,具有单一熔点的材料,如纯的金属铟,表现出对称的吸热峰。
利用上述获得固体质量分数的对称方法,基于下列近似对DSC温谱图进行分析a)当加热扫描速率较低时,纯单质或共晶材料的DSC温谱图可以表示为对称吸热峰。
b)所有材料都表现出相当的比热容。
基于这些近似,可以在低温端建立对称的虚拟吸热峰,以DSC吸热曲线左侧的第一个峰作为对称温谱图的峰。
表1提供了本发明的多种Sn-Ag-Cu合金组合物的质量分数以及它们的竖碑行为。
表1

这些结果清楚表明,熔化期间的固体质量分数与竖碑频率密切相关。一般而言,具有大的固体质量分数的糊状钎料在熔化开始时表现出缓慢的润湿,因此能够形成显著更均衡的润湿力。因此,熔化开始时的固体质量分数越大,润湿越缓慢,而且竖碑频率越小。
这里所用的术语“DSC宽度”或ΔT代表Sn-Ag-Cu合金的加热得到的吸热曲线的熔化峰的开始温度和结束温度之间的差,利用Sn63Pb37合金作为对比。DSC峰的宽度通常反应了熔化开始时的固体质量分数。表2中提供了本发明的多种Sn-Ag-Cu合金组合物的热吸收、DSC宽度(ΔT)、和归一化竖碑频率的结果。
表2

从上述结果显而易见,可以发现DSC峰宽度(ΔT)与竖碑频率直接相关。通常,发现钎料熔化开始时钎料合金质量分数随Sn-Ag-Cu合金中Ag浓度的降低而逐渐增大。此外发现,随着Sn-Ag-Cu合金中Ag浓度的降低,逐渐出现多个吸热峰。上述结果显示了竖碑频率对DSC峰宽度(ΔT)和固体质量分数的相关性,鉴于上述结果,本发明涉及竖碑频率显著减小的Sn-Ag-Cu组合物。
单一狭窄的吸热峰对应于钎料的快速熔化。元件上存在温度梯度时,元件一端的钎料膏熔化而另一端的钎料膏未熔化。熔融钎料的润湿力大于未熔钎料膏与元件之间的附着力,从而引起竖碑。然而,DSC曲线中宽的单峰,或双峰,或多重吸热峰显示了熔化开始时固相的存在。固相的存在导致润湿缓慢,使得元件两端的润湿力更为均衡,因此产生较小的竖碑频率。
图8显示了本发明的多种Sn-Ag-Cu合金组合物的竖碑频率的条形图。相对于Sn95.5Ag3.8Cu0.7对所述各Sn-Ag-Cu合金的竖碑结果进行归一化,所述Sn95.5Ag3.8Cu0.7是使用最为广泛的无铅钎料组合物之一,并且在测试中作为标准。从图8可见,组合物Ag3.5,Cu(1-0.5)%,余量的Sn,或者更具体为Sn95.5Ag3.5Cu1,表现出快的熔化速率,据认为该合金与Sn-Ag-Cu合金的实际共晶点最为接近(Ursula R.Kattner,“Phase diagrams for Lead-free Solder Alloys”JOM,2002,第45-50页)。因此,这种合金的竖碑频率在本发明所有合金中最大。所有的非共晶合金,特别是Ag(<3.5)%,Cu(1-0.5)%余量为Sn的组合物表现出较低的竖碑频率。
特别值得注意的是,Sn97.6Ag2Cu0.5合金组合物表现出改良的竖碑结果,这与Katoh(美国专利No.6,554,180B1)的主张相反。依照Katoh的预测,预计Sn97.5Ag2Cu0.5合金组合物将显示出竖碑效应,因为他声称为了最大程度地减小竖碑缺陷,双峰合金的第一个峰不应比“双峰”合金的的第二个峰大很多。因此,只能通过钎料熔化开始时固体质量分数的机制来解释该发明中Sn97.6Ag2Cu0.5合金的这种抗竖碑行为。
虽然本发明的主要实施方案包括多种Sn-Ag-Cu合金组合物,但是还可以对这些合金进行修改以便提高物理性质和力学性质,包括抗氧化性。例如,提高强度的元素包括Sb、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Mo。
依照本发明的另一个实施方案,可以使用下列元素中的一种或其组合对Sn-Ag-Cu合金进行修改以便在不牺牲抗竖碑效果的同时提高力学性能Sb、Cu、Ni、Co、Fe、Mn、Cr和Mo。为了防止掺杂引起的潜在有害影响,全部掺杂剂的优选浓度不超过钎料合金的1wt%。
依照本发明的另一个实施方案,可以通过添加例如Bi、In和Zn元素来降低Sn-Ag-Cu合金的熔化温度。这些元素中任一种或其组合的全部添加物的优选浓度不大于钎料合金的3wt%。
依照本发明的另一个实施方案,还可以通过添加抗氧化元素例如P、Ga和Ge来改进所述Sn-Ag-Cu合金。因为如果上述元素的浓度过高,可能使Sn-Ag-Cu合金的熔化温度不希望地升高,P、Ga和Ge中的一种或其组合的最大总浓度应为钎料合金的0.5wt%。
实施例下面的实施例进行举例说明但是并非本发明的限定性实施方案。
实施例1制造钎料钎焊是通过熔融钎料合金连接金属部件的操作,所述钎料合金的熔化温度通常低于450℃。存在许多种基于锡和铅的钎料合金,但是近年来,由于对环境和安全问题的关注,Sn-Ag-Cu合金已广泛用于电子装配钎焊。制造钎料膏的技术是将钎料粉体与助焊剂混合。首先,熔化组分金属锭并将它们形成钎料合金以产生钎料合金。然后,通过气体雾化或离心雾化进一步将所述合金粉化成钎料粉。
实施例2元件的钎焊使用钎料膏的钎焊被称为回流钎焊,据认为这是目前电子工业中使用最广泛的钎焊方法。回流钎焊通常有四个步骤。第一步,将钎料膏(用其去除金属氧化物,从而使钎料与连接中的物件作用;钎料膏通常由金属粉体加助焊剂或还原剂组成)印刷在印刷电路板的焊盘上。第二步,将元件置于钎料膏沉积物上。第三步,将钎料膏加热到高于组分钎料合金的熔化温度,从而在元件和焊盘之间产生熔融钎料。最后,当熔融钎料冷却时,形成钎焊接头。
实施例3钎料膏的竖碑测试可以使用过度严格的产生竖碑的钎焊条件来进行竖碑测试。所述条件如下(a)使用0.25mm厚的蜡纸(stencil)产生钎料膏的厚沉积物。将小元件钎焊到具有厚钎料沉积物的焊盘上时,发现竖碑频率更大。
(b)使用气相回流炉。该炉充满通过用炉底线圈加热高沸点流体如氟利昂产生的蒸气。印刷电路板被放入该蒸气中时,热蒸气加热钎料膏从而导致元件的钎焊。除去回流板之后,清点发生竖碑的元件的数目并计算相对于元件数目的竖碑百分数以便进行比较。
(c)使用20cm×15.2cm具有Cu焊盘的板对竖碑效应进行测试。该竖碑板上有四个具有不同焊盘尺寸和间距的相同图案,这些图案被划分成两对互为镜像的图案以便减小可能的回流差异。在一个具体的测试中,将169个0402芯片放到每一对图案上,使用其中一对图案作为对照钎料膏而其它作为目标钎料膏。为了进一步减小可能由印刷产生的性能差异,将钎料膏交错(alternately)印制在这两对图形上。每种钎料膏总共有10个板或1352个芯片的钎焊。值得注意的是,回流条件稳定并且竖碑结果非常一致,从而即使不相对于对照样品进行归一化,也可以对钎料膏的竖碑性能进行比较。
实施例4竖碑频率使用Sn97.5Ag2Cu0.5,Sn96.7Ag2.5Cu0.8,Sn96.5Ag3Cu0.5,Sn96Ag3Cu1,和Sn95.5Ag3.8Cu0.7钎料膏产生竖碑结果,这些钎料膏由各自的合金粉体与松香基轻柔活化助焊剂(例如60%松香,5%二甲胺盐酸盐,15%甘油,20%流变组分和其它微量组分)组成。竖碑频率如表3所示。
表3

这些结果清楚表明,近共晶Sn95.5Ag3.5Cu1合金组合物具有最大的竖碑频率,并且竖碑频率随Sn-Ag-Cu合金中Ag含量的减小而减小。Ag含量为2.5-2.0%时达到最低的竖碑频率。认为竖碑频率较低的合金组合物具有较大的固体质量,较大的DSC峰宽,和较高的表面张力。
然而,本领域的技术人员可以设想,这里用于Sn-Ag-Cu钎焊的上述标准也可以应用于Sn-Ag和Sn-Cu组成的合金,可以用掺杂剂对这些合金进行改变以便提高他们的物理和力学性能,包括抗氧化性。提高力学性能的元素可以由下列元素中的一种或其组合组成Sb,Cu,Ni,Co,Fe,Mn,Cr和Mo。此外,用于提高抗氧化性的元素可以例如由P,Ga和Ge组成。另外,用于降低合金熔化温度的元素可以例如由Bi,In和Zn组成。
本发明的范围不限于这里所述的特定实施方案。实际上,除这里所述的实施方案以外,根据前述的说明和附图,本发明的其它不同实施方案和修改对于本领域的技术人员是显而易见的。因此,设想这些其它实施方案和修改在下文的附属权利要求的范围之内。此外,虽然这里以特定应用的特定环境中的特定实施对本发明进行了描述,但是本领域的技术人员将认识到它的有效性不限于此,而且可以在许多应用的许多环境中有效实施本发明。因此,应当认为下述的权利要求考虑到了这里描述的本发明的全部范围和主旨。
权利要求
1.一种无铅抗竖碑钎料合金,包含锡、银和铜,所述合金在熔化期间表现出大于20%的固体质量分数。
2.权利要求1的无铅抗竖碑钎料合金,其中扫描速率为5℃/min的DSC(差示扫描量热法)上的吸热峰值宽度ΔT大于8℃。
3.权利要求2的无铅抗竖碑钎料合金,其中组成金属包括约1wt%至约4.5wt%的银,约0.3wt%至1wt%的铜和余量的锡。
4.权利要求3的无铅抗竖碑钎料合金,其中组成金属包括约4wt%至约2wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
5.权利要求4的无铅抗竖碑钎料合金,其中组成金属包括约3.8wt%至约2.5wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
6.权利要求1-5任何一个的无铅抗竖碑钎料合金,其中所述合金包括提高力学性能的元素。
7.权利要求6的无铅抗竖碑钎料合金,其中该提高力学性能的元素包括选自Sb,Cu,Ni,Co,Fe,Mn,Cr和Mo的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的1wt%。
8.权利要求1-5任何一个的无铅抗竖碑钎料合金,其中所述合金包括降低熔化温度的元素。
9.权利要求8的无铅抗竖碑钎料合金,其中该降低熔化温度的元素包括选自Bi,In和Zn的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的3wt%。
10.权利要求1-5任何一个的无铅抗竖碑钎料合金,其中所述合金包括提高抗氧化性的元素。
11.权利要求10的无铅抗竖碑钎料合金,其中所述提高抗氧化性的元素包括选自P,Ga和Ge的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的0.5wt%。
12.一种减小电子装配中回流钎焊期间的竖碑效应的工艺,包括在所述装配中使用抗竖碑钎料,其中所述的钎料包含1wt%至约4.5wt%的银,约0.3wt%至1wt%的铜和余量的锡。
13.权利要求12的工艺,其中所述钎料在熔化期间表现出大于20%的固体质量分数。
14.权利要求13的工艺,其中所述的钎料包含约4wt%至约2wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
15.权利要求14的工艺,其中所述的钎料包含约3.8wt%至约2.5wt%的银,约0.5wt%至约1wt%的铜和余量的锡。
16.权利要求12-15任何一个的工艺,其中所述合金包括提高力学性能的元素。
17.权利要求16的工艺,其中所述提高力学性能的元素包括选自Sb,Cu,Ni,Co,Fe,Mn,Cr和Mo的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的1wt%。
18.权利要求12-15任何一个的工艺,其中所述合金包括降低熔化温度的元素。
19.权利要求18的工艺,其中所述降低熔化温度的元素包括选自Bi,In和Zn的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的3wt%。
20.权利要求12-15任何一个的工艺,其中所述合金包括提高抗氧化性的元素。
21.权利要求20的工艺,其中所述提高抗氧化性的元素包括选自P,Ga和Ge的至少一种或多种元素,其总量至多为钎料合金的0.5wt%。
全文摘要
公开了一种包含锡、银和铜的无铅钎料合金组合物,和一种最小化竖碑频率的回流钎焊工艺。在一个特别示例性的实施方案中,本发明用于最小化竖碑的无铅Sn-Ag-Cu钎料合金在熔化和长期熔化过程中显示出高的质量分数,如展宽的DSC峰所示,这允许芯片元件两端具有平衡的表面张力。依照这个示例性实施方案的其它方面,该合金在熔化期间表现出大于20%的固体质量分数并且使用5℃/min的扫描速率时表现出大于8℃的DSC峰宽。依照这个示例性实施方案的其它方面,该合金包含Ag 1-4.5wt%,Cu 0.3-1wt%,余量的Sn。
文档编号C22C13/00GK101072886SQ200480031884
公开日2007年11月14日 申请日期2004年11月2日 优先权日2003年11月6日
发明者黄本立, 李宁成 申请人:铟美国公司
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