[发明专利]一种Cu-Ni合金化基板与无铅钎料的焊点及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Cu‑Ni合金化基板与无铅钎料的焊点及其制备工艺，给出了Cu‑Ni合金作为基板与无铅钎料的焊点制备和焊点界面组织结构，其中Ni的质量百分比为0‑1.5％。其制备步骤：(1)选用纯度为99.99％的Cu和Ni按照相应比例称量配比，置入耐高温的石英试管中真空熔炼，充分融合后，得到新型Cu‑Ni基板。(2)选取Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)焊膏为无铅钎料，将其放在制备的新型Cu‑Ni基板上，在270℃下回流焊5分钟，使钎料与基板充分反应形成界面化合物，得到无铅焊点。本发明工艺流程简单、工艺参数容易控制的优势，所制备的新型Cu‑Ni基板对无铅焊料焊点界面化合物生长具有抑制作用。

技术领域

本发明涉及一种焊接领域用的合金化基板材料及其制备工艺，属于电子封装与互连技术领域。

背景技术

随着科技地发展与创新，人们对电子产品的要求越来越高，不仅需要电子产品的功能多样化，还需要电子产品方便携带。这就要求研发人员在电子封装领域取得更大的进步。

在电子封装领域，传统的Sn-Pb钎料具有良好的焊接性能，但是由于Pb具有一定的毒性，长期使用会对人类的安全和生态自然带来危害。所以研发人员不断地开发出各种优良、绿色环保型的无铅钎料。Sn-Ag-Cu无铅钎料由于其环保特点和优良的焊接性能被认为是Sn-Pb钎料最有潜力的代替者，其中最广泛使用的是熔点为217℃的Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)钎料，金属铜是应用最广泛的金属基板之一。然而，大量的研究报告发现，锡基无铅钎料和铜基板之间的界面反应非常剧烈，随着反应温度、反应时间、时效温度以及时效时间的增加，界面金属间化合物(IMC)不断生长粗化，焊点中的钎料不断被消耗，基板上的铜元素被大量消耗，形成比较厚的IMC层。较厚的IMC层可能会导致电子产品中焊点发生断裂，最终导致电子产品失效。

因此，为了抑制电子封装领域锡基无铅钎料和基板之间的IMC层生长速度过快，许多研究人员通过向锡基无铅钎料中添加其它微量元素，例如：Ni,Zn,Co,Ti等元素。但是，由于向锡基无铅钎料中加入其它微量元素，在抑制IMC层生长的同时，形成的新型钎料在其它性能方面可能会比原始钎料较差。所以，向铜基板中加入其它微量元素，形成新的混合基板。使用新型基板与锡基无铅钎料进行钎焊，期望可以达到抑制界面IMC层的生长。

金属镍(Ni)元素因为其优良的性能被选中作为微量元素，许多研究人员通过向Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)钎料中加入微量的Ni元素，钎料与基板之间的界面IMC层的生长受到抑制。本发明采用了向Cu基板中加入Ni元素，制备新型Cu-Ni基板与无铅钎料焊点。

发明内容

本发明的目的是针对现有的Cu基板与锡基无铅钎料之间界面IMC层生长过快的问题，提供了一种新型的Cu-Ni基板与无铅钎料焊点的制备工艺。新型的Cu-Ni基板代替了传统的纯Cu基板，降低了钎焊界面的反应速率，抑制了界面IMC层的生长，改善无铅焊点界面结构，从而提高其力学性能及可靠性。

本发明是通过以下技术方案完成的：

一种新型Cu-Ni基板与无铅钎料的焊点，所述Cu-Ni基板中Ni的质量百分比为0-1.5％，所述焊点为新型Cu-Ni基板与无铅钎料形成的焊点，焊点为SAC305/Cu-Ni钎焊接头焊点，焊点在焊接过程中形成厚度为2.60-5.40μm的界面化合物。

所述一种新型Cu-Ni基板与无铅钎料的焊点，具体制备工艺为：

步骤一

将金属Cu和金属Ni粉按比例配制，随后一起放入耐高温石英试管中，置于真空感应熔炼炉进行熔炼，待两种金属呈熔融状态且混合均匀化以后，在炉中冷却到室温，再将试管取出，在空气中冷却到室温，将新型Cu-Ni基板进行打磨抛光处理，为制备新型Cu-Ni基板与无铅钎料的焊点作准备；

步骤二