焊料组合物的制作方法

焊料组合物的制作方法
【专利摘要】一种焊料组合物，包含第一粉末成分和第二粉末成分的混合物，其中第一粉末成分是第一焊料合金，并且第二粉末成分是第二焊料合金或金属。
【专利说明】焊料组合物
[0001]本发明涉及焊料组合物(solder composition),尤其是涉及无铅的焊料组合物。焊料组合物由两种或更多种成分构成，以向焊料提供改善的特性。
[0002]无铅焊料合金是众所周知的并提供作为最广泛使用的焊料合金-共晶37%Pb-63%Sn合金的非毒性替代品。上述无铅合金的实例包括二元共晶58%Bi_42%Sn合金(参见，例如，US5, 569，433B)和二元 40%B1-60%Sn 合金(参见，例如，US6, 574，411A)。上述合金在高应变率下呈现延性的损失，其可以通过添加少量的添加剂，如按重量计可达1%的银得到改善(参见，例如，US5，569，433B)。然而，利用沙尔皮冲击试验(Charpy ImpactTest)测得的由这些合金呈现的冲击能是相对较低的。因此，需要开发呈现改善的冲击韧性(impact toughness)的无铅焊料合金。
[0003]为了使上述无铅合金用于焊接方法如波动焊接和回流焊接，相对于各种基质材料如铜、镍和镍磷(“无电镍”)，合金必须呈现良好的润湿性。可以例如通过使用锡合金、银、金或有机涂层(0SP)，来涂布上述基质以改善润湿。良好的润湿还增强软焊料流入毛细管间隙、以及爬上印刷电路板中的电镀通孔(through-plated hole)的壁的能力，从而实现良好的孔填充。
[0004]另外，焊料组合物需要呈现良好的热疲劳寿命和降低的高温蠕变。还期望改善的延性以及导热性和导电性。可以通过选择特定焊料合金(如果已知)，或通过使用特定添加齐U，来实现这些性能。然而，如果现有常见焊料的性能可以适合于提供这些益处而不需要开发替换的焊料合金，这将是有利的。
[0005]因此，期望这样的焊料组合物，其会克服或至少减轻一些或所有与现有技术的焊料或至少有用的或优化的替代物相关的问题。
[0006]根据第一方面，本发明提供了焊料组合物，该焊料组合物包含第一粉末成分(first powder component)和第二粉末成分的混合物(掺混物,blend),其中第一粉末成分是第一焊料合金(first solder alloy)以及第二粉末成分是第二焊料合金或金属。
[0007]现将进一步描述本发明。在下面的段落中，更详细地描述本公开内容的不同方面。除非有相反的明确说明，否则如此描述的每个方面可以与一个或多个任何其它方面结合。尤其是，指明为优选的或有利的任何特点可以与指明为优选的或有利的一个或多个任何其它的特点结合。
[0008]本文中使用的术语“焊料合金”是指熔点在90-400°C范围内的易熔金属合金(fusible metal alloy)。
[0009]本文中提及的“沙尔皮冲击试验”，还被称为沙尔皮V型缺口试验，是标准化的高应变率试验，其确定在断裂期间被材料吸收的能量的量。这种吸收的能量是给定材料的韧性的度量并作为工具来研究温度依赖性脆韧转变。关于此试验的进一步详情可以参见Charpy Impact Test:Factors and Variables, J.M.Holt, ASTM STPlO72,由此将其内容以引用方式结合于本文。
[0010]本文中使用的术语“润湿性”是指焊料在可润湿表面上扩散的程度。通过液体焊料的表面张力以及它与可润湿表面反应的能力来确定润湿性。还可以依据熔融并随后冻结焊料合金在基质上的接触角来描述润湿，其中相对于高接触角，偏爱较低的接触角。
[0011]本文中使用的术语“波动焊接”是指大型焊接工艺，借此将电子元件焊接于印刷电路板(PCB)以形成电气组件。
[0012]本文中使用的术语“回流焊接”是提这样的工艺，其中印刷或分配焊膏，或将焊料预制件放置在印刷电路板的表面上，将元件放置在沉积焊料中或其附近，然后将组件加热至高于焊料合金的液相线的温度。
[0013]本文中使用的术语“稀土元素”是指选自Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 和 Lu 的元素。
[0014]除非另有明确规定，否则本文中的所有百分比是按重量计。
[0015]优选地，粉末的至少一种，优选两种，是球形。即，至少90%的颗粒具有小于1.5的长宽比。优选至少95%，更优选至少98%的颗粒具有小于1.5的长宽比。对于大多数应用，这种高的“球度”程度是优选的，主要优点是表面积较低，其使氧化最小化，以及负载接受性更好(较小的堵塞和互锁的倾向)，其有助于分配性并通过模板孔的释放。在一个可替代的实施方式中，粉末的至少一种可以是不规则的。
[0016]颗粒圆度影响膏粘度和剪切的倾向。相比于不规则形状的颗粒，球形对粘性流提供更小的阻力。因此，由相同熔剂和球形粉末制成的膏将比那些具有相同重量百分比和颗粒尺寸范围但具有不规则形状的膏具有较低粘度。具有后者外观的膏的一种可能的优点在于，当在高速和恒定刮板运动下印刷格网/模板时，它们是不太可能剪切变薄。粉末的互锁会减少膏流出。剪切变稀的减少是重要的，这是因为它将防止滑塌和涂抹，其可以导致焊料桥接和焊料成球。
[0017]优选地，焊料粉末颗粒的平均直径是I至100微米。更优选地，颗粒的平均直径是I至75微米，最优选I至50微米。直径测量是指颗粒的最长直径。优选地，第一和第二成分的粉末颗粒基本上是相同的。
[0018]优选地，焊料组合物由第一粉末成分和第二粉末成分的混合物、以及不可避免的杂质组成。可以理解的是，根据本发明的组合物可以包含不可避免的杂质，可能作为第一和/或第二成分的一部分，虽然，总计而言，这些杂质不可能超过组合物的lwt%。优选地，合金包含的不可避免的杂质的量不大于组合物的0.5wt%，更优选不大于组合物的0.3wt%，仍然更优选不大于组合物的0.lwt%。
[0019]优选地，焊料组合物是无铅的。这使得组合物能够符合法规要求。
[0020]本发明人已经发现，利用标准的焊料合金和/或金属粉末，可以设计回流焊料的有效的熔化温度、以及机械、电气和热性能。
[0021]尤其是，本发明人已经发现，两种或更多种焊料合金的混合物是特别有用的。尤其是，在第一和第二焊料合金具有不同熔点的情况下，在第一回流期间，其上升到高于较低熔点合金(熔化合金)的液相线但低于其它粉末的固相线的峰值温度，高温度合金粉末颗粒快速溶解进入低温度合金的液相。
[0022]随着混合的进行，焊料组合物快速变化。这使得固结过程高度非线性的，这是因为混合组合物的液相线温度也持续增加直到合金被完全混合。
[0023]优选地，熔点相差至少5°C。更优选地，熔点相差至少10°C。熔点的差异越大，则可以由已知焊料组合物获得的改进的特性就越明显。[0024]优选地,第一和第二焊料合金包含至少一种共同元素(common element)。这促进了在接近于或有时甚至低于合金的一种的熔点的温度下，一种合金快速溶解进入另一种合金中。优选地，上述至少一种共同元素是锡。
[0025]例如与80%的共晶42Sn58Bi混合的20%的SAC305粉末导致最终组合物的液相线从最初42Sn58Bi的138°C增加到大约165°C。这是由于，Sn的添加使合金组成远离SnBi共晶体移动。另外，来自SAC305的少量的Ag和Cu会改变合金的微结构，从而提供最终焊料性能的另外的改善。
[0026]这些前述过程的变化发生在第一回流期间。因此，可以在比需要用于最终混合物的温度更低的温度下进行第一回流。在回流以前，它是两种分开的合金的混合物。
[0027]由于上述组合物的结果，已发现，较高熔点成分的存在导致液相线温度的增加，因此，在相同操作温度下，相应的温度降低。这意味着热疲劳寿命的自动增加以及高温蠕变的降低。该相应的温度允许比较不同的焊料组合物。
[0028]例如，在0.53Tmp至0.92Tmp下，操作具有_55°C至125°C的工作温度范围和183°C(456K)的熔化(液相线)温度的焊料。增加熔化温度至195°C会将此范围从0.49Tmp降低至
0.85Tmp。因此，改善了拉伸强度、剪切强度和弹性模量。
[0029]另外，在焊料中Bi含量的分数的减小会改善它的延性。少量Ag和Cu的在在会改善延性、导热性和导电性并精制焊料微结构，从而导致增强的机械性能。
[0030]在一个优选的实施方式中，第一粉末成分形成按重量计约80%的焊料组合物并且是42Sn58Bi，以及其中第二粉末成分形成按重量计约20%的焊料组合物并且是SAC305(96.5%Sn、0.5%Cu、3%Ag)。优选地，焊料组合物由上述成分组成。可以理解的是，虽然此实例表示优选的组合物，但最终组合物可以选自任何合金和适当比例的混合物。
[0031]在一个替代的方面，本发明的发明人已经发现，金属和焊料合金粉末的混合粉末具有出乎意料的好处。不希望受到理论的限制，认为，在回流期间，焊料与金属颗粒形成金属间键。在单个长回流或多次回流循环下，来自金属颗粒的一些金属溶解进入本体焊料中，而其余部分仍保留其原始形式。这导致焊料和金属颗粒的混合物形成复合结构。因此，金属粉末的添加可以改善得到的焊接接头的柔度(适应性，compliance)，并改善导热性和导电性。一个实例是与SnBi合金混合的铜粉末。SnBi是具有相对较差的导热性和导电性的脆性合金。在焊料本体中添加Cu颗粒会改善它的导电性和导热性。另一个实例是添加纳米和微米尺寸的Ag颗粒以改善它的机械强度并增强导电性和导热性。
[0032]然而，在最初回流步骤期间，在焊料合金的熔化温度下，组合物熔化。结果，可以实现焊料的独特的性能，同时仍然易于熔化和处理焊料组合物。
[0033]当第二粉末成分是金属时，它优选是选自Cu、N1、Al或Ag的元素。可以存在的其它金属包括Au、Cr、In、Sb、Sc、Y、Zn、Ce、Co、Cu、Ge、Mn、和Ti或稀土元素中的一种或多种。可以选择金属粉末的尺寸和水平以设计最终焊接接头的热、机械和电气性能。
[0034]在上述组合物中，第二粉末成分可以具有范围从小于至大于第一焊料粉末的颗粒尺寸。在一个优选的实施方式中，第二粉末的颗粒尺寸基本上与第一焊料粉末相同。即，第二粉末包含颗粒，其平均直径为0.02至100微米。更优选地，颗粒为0.02至75微米。仍然更优选地，颗粒为0.02至50微米。在一些情况下，0.02至5微米之间的颗粒尺寸是优选的。在一个实施方式中，颗粒，尤其是金属颗粒，优选为Inm至100微米,更优选为IOnm至100微米。金属颗粒可以为10微米至100微米。可替换地，金属颗粒可以具有100微米至1000微米的平均直径。
[0035]在第三方面，本发明的发明人已经发现，具有类似的熔化温度但不同的固-液相转变的两种不溶混合金(immiscible alloy)的混合粉末是有利的。因此,第一和第二焊料合金具有类似的熔化温度并且是不溶混的。例如，一些包含Bi的合金在液-固转变期间膨胀(负热膨胀系数(CTE))，而许多其它合金则收缩(正CTE)。本发明人已经发现，通过将具有类似的熔化温度的正CTE合金的颗粒与负CTE的SnBi混合，他们可以获得低应力焊接接头形成。他们已进一步发现，当在加热以后两种合金并不混合(即，是不溶混的)时，这会发生。如果它们彼此溶解，那么得到的合金可以具有其自身的特征性转变。
[0036]在上述组合物中，第二粉末成分优选具有可与第一粉末成分相比较的颗粒尺寸。SP，第二粉末包含颗粒，其平均直径为I至100微米。更优选地，颗粒的平均直径为I至75微米，最优选I至50微米。优选地，第一和第二粉末的颗粒尺寸基本上是相同的，因为这有利于易于处理和混合。
[0037]类似的熔化温度优选是指，第一和第二焊料合金具有相差至多25°C内的熔化温度。更优选地，第一和第二焊料合金具有相差至多10°C内以及最优选相差1°C内的熔化温度。
[0038]优选地，第一焊料合金的热膨胀系数是正的以及第二焊料合金的热膨胀系数是负的。
[0039]为了确保，粉末是彼此不溶混的，优越地至少第二粉末成分具有非反应性涂层(non-reactive coating layer)。这允许使用已知的粉末来实现本发明的有利的益处。
[0040]优选地，焊料组合物进一步包含选自材料如碳化物、氮化物、氧化物和碳纳米管，优先选自Al203、Si02、Ti0、Ni0和碳纳米管中的另外的粉末成分。根据本文描述的焊料和金属颗粒，这些成分优选具有一定尺寸。即，优选具有微米尺度的最长平均直径，优选0.02至100微米。
[0041]已出乎意料地发现，这些成分在回流以后允许改进合金微结构。因此，可以改善合金的机械性能和热疲劳寿命。
[0042]根据本发明的进一步的方面，提供了焊料组合物，该焊料组合物包含第一粉末成分和第二粉末成分的混合物，其中第一粉末成分是第一焊料合金以及第二粉末成分选自材料如:碳化物、氮化物、氧化物和碳纳米管，优先选自材料如:A1203、SiO2, TiO、NiO和碳纳米管。优选地，第二粉末成分是以下一种或多种:Al203、Si02、Ti0、Ni0和碳纳米管。此方面的成分对应于在上述方面的那些成分。例如，用于此方面的第一粉末成分可以与本文描述的任何第一粉末成分相同。
[0043]根据本发明的进一步的方面,提供了可焊接的膏(solderable paste),其包含如本文描述的焊料组合物。即，膏包含本发明的粉末混合物以及熔剂(flux)。适宜的熔剂是本领域中众所周知的。
[0044]然后可以将本发明的组合物加工成以下形式:条(bar)、棒、固体或熔剂芯丝(含熔剂芯焊条，flux cored wire)、箔(foil)或带(strip)、预制件(pre-form)、预施加或无支撑膜(free standing film)或焊料球(用于球栅阵列接头)、或预制焊料片或回流或固化焊接接头。[0045]根据本发明的进一步的方面，提供了形成如本文描述的焊料组合物的方法，该方法包括将第一粉末成分与第二粉末成分混合。
[0046]根据本发明的进一步的方面，提供了如本文描述的组合物或如本文描述的可焊接的膏在焊接方法中的应用。
[0047]根据本发明的进一步的方面，提供了如本文描述的组合物或如本文描述的可焊接的膏用来形成焊接接头(soldered joint)的应用。
[0048]在进一步的方面，本发明提供了焊接接头，其包含第一至第五方面的合金。
[0049]在进一步的方面，本发明提供了第一至第五方面的合金在焊接方法中的应用。上述焊接方法包括但不限于波动焊接、表面安装技术(SMT)焊接、芯片连接焊接(die attachsoldering)、热界面焊接、手工焊接、激光和RF感应焊接、以及再加工焊接。
[0050]在进一步的方面，本发明提供了焊料组合物，该焊料组合物包含第一成分和第二成分的混合物，其中第一成分是第一焊料合金以及第二成分是第二焊料合金或金属。本发明的上述方面的优选特点对于本发明的此方面也是优选的。第一和/或第二成分可以具有以下形式:粉末、膏、带、箔、球、盘(disc)或预制件。优选地，第一成分以膏的形式。
[0051]在进一步的方面，本发明提供了形成上述焊料组合物的方法，该方法包括混合。优选地，第一成分是膏和/或第二成分具有以下形式:粉末、膏、带、箔、球、盘或预制件。
[0052]在进一步的方面,本发明提供了形成焊接接头(solder joint)的方法,包括:
[0053](i)提供两个或更多个待接合(连接，join)的工件(work piece)；
[0054](ii)提供具有第一回流温度的第一焊料成分；
[0055](iii)提供第二焊料成分，其具有高于所述第一回流温度的第二回流温度；以及
[0056]( iv)在待接合的工件附近加热所述第一和第二焊料成分，其中在或高于第一回流温度以及低于第二回流温度下进行所述加热。
[0057]通过本发明的此方面的方法，还呈现了相对于上述本发明的第一至第五方面的优点。
[0058]待接合的工件可以是，例如，电路板和电路元件。上述方法可以用于，例如，制造印刷电路板。第一焊料成分可以是第一合金成分，并且可以具有以下形式:粉末、膏、带、箔、球、盘或预制件，优选膏形式。第二焊料成分可以是第二焊料合金或金属，并且可以具有以下形式:粉末、膏、带、箔、球、盘或预制件。在已混合焊料成分以后，可以在低于第一焊料成分的回流温度的温度下加热它们。上述方法的一个实例如下:
[0059]一种装配方法，包括:
[0060]将焊膏施加于印刷电路板以形成焊膏沉积物(solder paste deposit)；
[0061]将低温预制件放置在焊膏沉积物中；
[0062]在焊膏的回流温度下处理印刷电路板以产生低温焊接接头；以及
[0063]在低于焊膏的回流温度的回流温度下，处理低温焊接接头。
[0064]现将参照以下非限制性实施例来描述本发明。
[0065]制备焊料组合物，该焊料组合物包含按焊料组合物的重量计约80%的量的42Sn58Bi粉末成分和按重量计约20%的SAC305粉末(96.5%Sn、0.5%Cu、3%Ag)。在测试以后发现，相比于单独的42Sn58Bi粉末，该合金具有改善的延性、热疲劳和抗蠕变性。
[0066]制备焊料组合物，该焊料组合物包含按焊料组合物的重量计约80%的量的42Sn58Bi粉末成分和按重量计约20%的铜金属粉末。在测试以后发现，相比于单独的42Sn58Bi粉末，该合金具有改善的延性、热疲劳抗性和导电性。
[0067]制备焊料组合物，该焊料组合物包含两种含铋的合金。在液-固转变期间，所选的一种合金膨胀(_ve CTE)而另一种收缩(+ve CTE)。发现这种组合物产生低应力焊接接头。
[0068]制备了两种焊料组合物。第一种包含82.9wt%SAC305和17.lwt%Sn58Bi,以及第二种包含 82.9wt%SACX0307 (Sn0.3Ag0.7Cu0.1Bi)和 17.lwt%Sn58Bi。芯片剪切阻力(chipshear resistance)和引脚上拉阻力(pin pull resistance)的测量结果表明，数值可比得上基准合金Sn57.6Bi0.4Ag。
[0069]通过举例的方式，本申请包括以下附图:
[0070]图1A和IB示出两种焊料组合物的熔化的示差扫描量热法(DSC)迹线(样品尺寸(量)分别为 29.1OOOmg 和 29.3000mg ；仪器:2920DSC V2.6A)。第一种是 20%SAC 和80%Sn58Bi的混合物。第二种是Sn45Bi。这些迹线是类似的，虽然SAC具有217°C的熔点。SAC溶入远低于SAC的熔化温度的Sn58Bi中。同时，已发现，在球剪切试验中，相比于单独的Sn58Bi，第一混合物显示显著更高的剪切力(949与911)。还获得17.l%Sn58Bi和82.9%Sn0.3Ag0.7Cu0.1Bi (SACX0307)的混合物的DSC迹线。初始扫描示出低温峰，对应于SnBi合金的熔化。然而，在随后的扫描中，此峰消失，这表明，通过将SACX0307溶入液态Sn58Bi中，所有低温相被转化为高温相。
[0071]图2A和2B示出在添加纳米或微米尺寸Ag颗粒以后SnBi的弹性模量的改善。在前者中，颗粒是纳米尺寸 ，其具有20纳米至I微米的平均颗粒尺寸。在后者中，AG颗粒的尺寸为I微米至100微米。如可以看到的，已发现，甚至少量(1%)的AG颗粒也对弹性模量具有显著影响。银颗粒的添加会改善焊料的导热性和导电性。已经出乎意料地发现，在Sn58Bi焊料中，自由银颗粒的存在会增加它的导热率多于50%。另外，银添加会改变合金微结构。已经出乎意料地发现，甚至可达5%Ag的添加并不产生长Ag3Sn晶体。在图2A中示出以下焊料的弹性模量值(从左至右):Sn58B1、Sn58Bi+l%纳米尺寸Ag的混合物、Sn58Bi+3%纳米尺寸Ag的混合物、以及Sn58Bi+5%纳米尺寸Ag的混合物。在图2B中，示出以下焊料的弹性模量值(从左至右):Sn58B1、Sn58Bi+l%微米尺寸(I至100微米)Ag的混合物、Sn58Bi+3%微米尺寸Ag的混合物、以及Sn58Bi+5%微米尺寸Ag的混合物。
[0072]图3示出标准Sn58Bi焊料(左手侧)的剪切强度和根据本发明的焊料组合物(Sn58Bi+20%SAC305)的剪切强度的比较。SAC305粉末加入到Sn58Bi粉末中产生这样的最终组合物，其在回流以后具有较低Bi，以及其还显示较高剪切强度。
[0073]图4a_c示出了一系列显微照片，其示出如本文描述的多种焊料组合物的晶体结构。图4a和4b分别示出Sn45Bi和Sn58Bi合金的微结构，各自添加有A1203。在每种情况下，将氧化铝粉末加入被印刷在铜试样上的膏熔剂中。将Sn45Bi和Sn58Bi的薄预制件放置在熔剂上。在185C下在热板上加热，然后在空气中冷却。由于氧化铝颗粒扩散到焊料中，所以在界面附近的焊料微结构被显著精制。
[0074]图4c示出具有铜颗粒的Sn58Bi合金的显微照片。如可以看到的，铜颗粒被均匀分布在SnBi合金基质中。在颗粒的表面上看到CuSn IMC层,但颗粒本体是纯铜。
[0075]图5a和5b显示在Sn45Bi焊料合金中添加有镍。在图5a中，不存在Ni。在图5b中，包括0.02Ν?并且这具有显著的晶粒细化效果。[0076]图6a、6b和6c示出在热循环期间Sn58Bi+22.4wt%SAC305的混合物(菱形)、Sn58Bi+22.4wt%SACX0307的混合物(正方形)和Sn45Bi (三角形)的剪切力(6a)、拉力(6b)和金属间化合物(MC)生长(6c)的变化。热循环条件是:-40至125°C，10分钟停留时间以及1000个循环。图6a和6b表明，相比于Sn45Bi，在热循环以后，本发明的焊料的剪切力和拉力(引线拉动阻力(lead pull resistance))值降低较少。图6c表明，相比于Sn45Bi,在热循环期间，本发明的焊料的IMC生长要低得多，其表明本发明的焊料具有好得多的焊接接头可罪性。
[0077]图7示出Sn58Bi+SAC305的混合物(圆形)和Sn45Bi (正方形)的抗跌落冲击性数据(drop shock resistance data)。Sn58Bi+SAC305的混合物的抗跌落冲击性(跌落至失效的平均数:200.3)明确高于Sn45Bi的抗跌落冲击性(跌落至失效的平均数:167.2)。
[0078]图8a示出合金的剪切强度值(从左至右):Sn58Bi (刚铸造的(as cast))、Sn58Bi(铸造后48小时)、Sn58Bi+lwt%微米尺寸Ag颗粒的混合物(铸造后48小时)、Sn58Bi+3wt%微米尺寸Ag颗粒的混合物(铸造后48小时)、Sn58Bi+lwt%微米尺寸Ag涂布的Cu颗粒的混合物(铸造后48小时)、Sn58Bi+3wt%微米尺寸Ag涂布的Cu颗粒的混合物(铸造后48小时)、以及Sn58Bi+5wt%微米尺寸Ag涂布的Cu颗粒的混合物(铸造后48小时)。Ag的添加会恢复由于老化的结果而丢失的剪切强度(对于3wt%Ag颗粒，增加14.6%)。
[0079]图8b示出合金的硬度值(从左至右):Sn58B1、Sn58Bi+lwt%微米尺寸Ag颗粒的混合物、Sn58Bi+3wt%微米尺寸Ag颗粒的混合物、Sn58Bi+5wt%微米尺寸Ag颗粒的混合物、Sn58Bi+lwt%纳米尺寸Ag颗粒的混合物、Sn58Bi+3wt%纳米尺寸Ag颗粒的混合物、以及Sn58Bi+5wt%纳米尺寸Ag颗粒的混合物。借助于3wt%微米尺寸Ag颗粒的添加,硬度增加可达25%。
[0080]目前要求的组合物可用于多种用途，其包括但不限于LED组件、光伏电池接头(tabbing)和架线(stringing)、半导体后端过程、和模片固定。最终形状因素依赖于应用，但焊料可以被制备成任何形式，包括但不限于膏、预制件、膜、和丝(线，wire)，并且可以结合有可清洗或非清洗的熔剂化学试剂(flux chemistry)。
[0081]当介绍本公开内容或其一个或多个优选实施方式的要素(元素)时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在一种或多种要素(元素)。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包容性的并且是指可以存在除了所列要素以外的另外的元素。
[0082]前述详细描述已通过解释和说明的方式加以提供并且并不旨在限制所附权利要求的范围。在本文描述的当前优选实施方式中的许多变化对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的，并且仍然是在所附权利要求书和它们的等效替换的范围内。
【权利要求】
1.一种焊料组合物,包含第一粉末成分和第二粉末成分的混合物,其中所述第一粉末成分是第一焊料合金，并且所述第二粉末成分是第二焊料合金或金属。
2.根据权利要求1所述的焊料组合物，其中，所述焊料组合物由所述第一粉末成分和所述第二粉末成分的所述混合物、以及不可避免的杂质组成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的焊料组合物，其中，所述焊料组合物是无铅的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的焊料组合物，其中，所述第一焊料合金和所述第二焊料合金包含至少一种共同的元素。
5.根据权利要求4所述的焊料组合物，其中，所述至少一种共同的元素是锡。
6.根据前述权利要求中任一项所述的焊料组合物，其中，所述第一焊料合金和所述第二焊料合金具有不同的熔点。
7.根据权利要求6所述的焊料组合物，其中，所述熔点相差至少5°C。
8.根据前述权利要求中任一项所述的焊料组合物，其中，所述第一粉末成分形成按重量计约80%的所述焊料组合物并且是42Sn58Bi，并且其中所述第二粉末成分形成按重量计约20%的所述焊料组合物并且是SAC305 (96.5%Sn、0.5%Cu、3%Ag)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的焊料组合物，其中，所述金属是选自Cu、Ag、Al、Au、Cr、In、Sb、Sc、Y、Zn、Ce、Co、Ge、Mn、Ni 和 Ti 或稀土元素中的元素。
10.根据权利要求9所述的焊料组合物，其中，所述金属颗粒为:(i)Inm至100微米；或(ii) IOnm至100微米^(iii) 100微米至1000微米。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的焊料组合物，其中，所述第一焊料合金和所述第二焊料合金具有类似的熔化温度并且是不溶混的。
12.根据权利要求11所述的焊料组合物，其中，所述第一焊料合金和所述第二焊料合金的熔化温度差别在10°C内。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的焊料组合物，其中，所述第一焊料合金的热膨胀系数是正的，并且其中所述第二焊料合金的热膨胀系数是负的。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的焊料组合物，其中，所述第二粉末成分具有非反应性涂层。
15.根据前述权利要求中任一项所述的焊料组合物，进一步包含选自碳化物、氮化物、氧化物或碳纳米管，优先选自A1203、SiO2, TiO, NiO和碳纳米管的另外的粉末成分。
16.一种焊料组合物，包含第一粉末成分和第二粉末成分的混合物，其中所述第一粉末成分是第一焊料合金，并且所述第二粉末成分选自碳化物、氮化物、氧化物或碳纳米管，优先选自A1203、SiO2, TiO、NiO和碳纳米管。
17.一种可焊接的膏、膜、带、箔、丝、预制件或球，包含根据权利要求1至16中任一项所述的焊料组合物。
18.一种形成根据权利要求1至16中任一项所述的焊料组合物的方法，所述方法包括将第一粉末成分与第二粉末成分混合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一粉末成分是膏的形式，并且所述第二粉末成分是预制件、带、套管、盘、球或丝的形式。
20.根据权利要求1至16中任一项所述的组合物或根据权利要求17所述的可焊接的膏在焊接方法中的应用。
21.根据权利要求1至16中任一项所述的组合物或根据权利要求17所述的可焊接的膏用于形成焊接接头的应用。
22.—种焊接接头，包含根据权利要求1至16中任一项所述的组合物。
23.一种焊料组合物，包含第一成分和第二成分的混合物，其中，所述第一成分是第一焊料合金，并且所述第二成分是第二焊料合金或金属。
24.一种形成根据权利要求23所述的焊料组合物的方法，所述方法包括将以膏形式的所述第一成分与以粉末、膏、带、箔、球、盘或预制件形式的所述第二粉末成分混合。
25.—种形成焊接接头的方法，包括: (i)提供两个或更多个待接合的工件； (ii)提供具有第一回流温度的第一焊料成分； (iii)提供具有第二回流温度的第二焊料成分，所述第二回流温度高于所述第一回流温度；以及 (iv)在所述待接合的工件附近加热所述第一焊料成分和所述第二焊料成分，其中在所述第一回流温度或高于 所述第一回流温度并低于所述第二回流温度下进行所述加热。
【文档编号】B23K35/02GK103842126SQ201280038361
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年8月2日 优先权日:2011年8月2日
【发明者】摩根娜·德阿维拉里巴斯, 多米尼克·洛奇, 兰吉特·潘德赫尔, 巴瓦·辛格, 拉温德拉·M·巴特卡尔, 拉胡尔·劳特, 秀丽·萨卡尔, 卡玛尼奥·查托帕迪亚伊, 普罗洛·南迪 申请人:阿尔法金属公司