[发明专利]用于电子封装的组装的具有热稳定微结构的冶金组合物

说明书

膏剂组合物，其包含40‑70重量％(wt％)的含Y的低熔点(LMP)颗粒组合物；25‑65wt％的含M的高熔点(HMP)颗粒组合物；和1‑15wt％的助焊载体。在M和Y之间形成的反应产物是在温度T1下为固体的晶体金属间化合物，并且所述HMP颗粒组合物的表面积为0.07‑0.18平方米/所述组合物中的每克Y。还提供使用该膏剂组合物使电子组合物接触的方法。

技术领域

本发明涉及金属组合物、其制备方法及其用途。更具体地，本发明涉及含有金属和/或金属合金的掺混配制物的金属瞬态液相烧结组合物，该组合物适用于提供电子封装中的元件之间的电和/或热连接，从而具有良好的强度和通过多重热漂移形成的稳定微结构的互连导电冶金网络。

背景技术

电子工业已被驱动朝向以更小的形状因子实现更高的性能和功能性。在生产层面下，这些驱动力已转化为支持更有效电路布线(routing)、封装层的消除以及复杂工程材料的更小电路特征、设计及制造方法。这些趋势所加剧的问题包括热管理及由相异材料的紧接所产生的热机械应力的管理。本公开特别涉及在电子封装结构内组装元件的挑战，该电子封装结构将由于多个组装步骤或高操作温度环境而经受多次热暴露。

高温焊接

电子行业中高温焊接材料的市场日益增长。该市场分区的增长有两个主要推动力：需要多个组装步骤的复杂电子组装，以及将电子器件集成到苛刻的操作环境中，例如超过200℃的操作温度，例如在汽车引擎盖下应用中将经受的操作温度。

目前，含铅焊料和昂贵合金(例如金-锗)服务于这些市场。在世界上许多地区，铅已被禁止用于大部分电子应用，但迄今为止，由于缺少适当的替代物，铅在高温焊接应用中被豁免。

除高含铅焊料的弱管制现状以外，它们还遭受一些技术限制。虽然通常的无铅SAC(Sn/Au/Cu)合金和基于铅的焊料之间的熔化温度差异超过该行业期望的30℃，但利用诸如锡-铋的合金的混合组装可能导致极低熔化温度合金的无意形成，该合金会损害使用它们来构建的装置的可靠性。高铅合金的剪切强度典型是将用于二次回流的高锡合金的剪切强度的一半。在高铅焊料用于附接极小部件(例如，将芯片电阻器附接到封装体)的应用中，强度可能过低以至于在操纵期间不能防止部件损耗。最后，在高操作温度应用中，这些合金的熔点可能不足以耐受操作环境的严苛。

在连续低温下对相继接合部(consecutive joint)进行焊接的多步骤或逐步焊接可用于维持在先接合部的完整性。此类操作通常用于消费型电子市场的产品中。然而，从该市场分区中去除铅的推动尤其强烈。

存在对分级焊接的困境的无铅解决方案，但它们并不理想。锡-锑焊料可与通常的SAC合金结合使用，但它们之间的期望熔化温度差小于用铅焊料/SAC系统可得到的分级焊接所需的30℃。另外，在由于环境毒性问题而愈来愈严厉的监管下，锑随之而来。作为替代，可使用SAC合金作为初始组装材料，随后将锡-铋或锡-铟合金用于二次组装回流步骤。然而，因为该系统将产生仅～100℃的有效最大操作温度，所以该系统将不适用于高温应用。此外，二次回流步骤典型是其中将大部分部件组装到印刷电路板(PCB)的步骤，并且锡-铋和锡-铟既不常见也不是用于该组装步骤的常用选择。

关于复杂电子封装组装件的焊料互连的一般问题