[发明专利]一种铟基钎料及其制备方法

说明书

本发明属于钎焊材料技术领域，更具体的涉及一种铟基钎料及其制备方法。本发明铟基钎料由In、Sn和Ag三组分颗粒构成的通式为In‑Sn‑xAg复合颗粒钎料，其中x代表在铟基钎料中Ag的重量百分比，所述x为20‑70。可调节Ag在In‑Sn‑Ag无铅钎料的含量调节焊点剪切强度，改善了钎料的可靠性；尤其是当Ag含量为50wt％时，抗剪强度达到了22.2MPa。In‑Sn‑Ag无铅钎料可在较低温度下键合，焊点由Cu₃(In，Sn)和Ag₃In相构成，这两种相熔点均高于600℃，因此能够满足低温键合、高温服役的要求。

技术领域

本发明属于钎焊材料技术领域，更具体的涉及一种铟基钎料及其制备方法。

背景技术

钎焊技术作为一项精密的连接技术，在国防建设和国民经济中发挥着越来越重要的作用，涉及航空、航天、核能、汽车和电子等多个领域，工业界对高温电子器件的需求量在不断增加。与此同时，第三代半导体(宽禁带半导体，如SiC和GaN)具有禁带宽度大、功率消耗低、热导率高等特点，元器件能够承受更高的工作温度，高温应用趋势要求其内部连接在高达300℃的恶劣环境下能持续运行。因此，开发“低温键合，高温服役”的钎料成为亟待解决的问题。

铟基(In)低温钎料具有较低熔点、良好抗疲劳性能、高延展性能及导电性能。因此，这些特殊的特性使In基钎料适用于需要较低工艺温度的温度敏感器件的粘合，如中央处理器芯片之间的连接以及铜散热片、发光二极管和热感应传感器。

低温过渡液相(transient liquid phase，TLP)连接技术因具有低温连接、高温使用的特点，被业界认为是极具应用潜力的高温封装方法，其本质为固-液扩散或反应。因为采用混合颗粒可以极大地提高固液接触面积，进一步加快等温凝固的过程，焊缝厚度不再受扩散速率的限制。而且混合颗粒成分容易控制，便于制备成膏状，提高了通用性和适应性。

现有钎料的熔点都较高，而铟的熔点为156℃，以铟为基体制备的钎料熔点将大大低于传统的锡基钎料；现有的铟基钎料都面临着剪切强度差的问题，已有的铟基钎料如纯In，In3Ag,发现钎料焊点的剪切强度较低，在6～14MPa之间；且焊点中有较多的低熔点化合物(如 In，AgIn2，Ag2In)，服役温度低于300℃。通过加入锡和银颗粒，并调整锡和银的含量能有效提高焊点的可靠性。传统钎料制备方法过于繁琐，需要的设备较多。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种铟基钎料及其制备方法，提供一种制备简易，低熔点且接头强度更高的铟基钎料。本发明通过试验优选键合时间、压力、温度和Ag含量分别为10min、 3Mpa、260℃和50wt％。

根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铟基钎料，所述铟基钎料由In、Sn和Ag三组分颗粒构成的通式为In-Sn-xAg复合颗粒钎料，其中x代表在铟基钎料中Ag的重量百分比，所述x为20-70；例如可以为20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％、70wt％。

优选的，所述x为50；

优选的，所述In、Sn和Ag三组分颗粒中Ag粒径为1～50μm；进一步优选为Ag粒径为1～8μm；其中In与Sn的重量比为1:1。研究中发现，Ag颗粒的粒径会影响焊点的键合时间及剪切性能，如Ag 颗粒大于8μm时，形成全IMC焊点的键合时间将超过60min。且大颗粒之间堆垛产生的原始空隙会大大降低焊点的剪切强度。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种铟基钎料的制备方法，包括如下步骤：

1)将In、Sn和Ag颗粒使用球磨机充分混合均匀，然后加入松香助焊剂，充分搅拌均匀得In-Sn-Ag钎料膏；

2)将In-Sn-Ag钎料膏均匀涂抹在尺寸为12mm×12mm的下Cu 基板上，将尺寸为10mm×10mm的纯铜板端面抛光作为上基板，并与上基板装配成三明治结构试样；