[发明专利]一种低熔点绿色柔性3D封装合金

说明书

一种低熔点绿色柔性钎料及制备方法，它涉及一种低熔点钎料及其制备方法。本发明的目的是解决现有合金钎料硬脆性大、塑性差、润湿性差等问题导致无法应用在3D封装及柔性封装领域的技术问题。该Sn‑In‑Zn‑Bi合金钎料由Sn、In、Zn、Bi制备而成；所述合金钎料中Bi的含量为1％～5％。方法：一、称取纯锡块、纯铟块、纯锌块以及纯铋块。二、加热熔化，获得熔液。三、对熔液进行熔炼、搅拌获得钎料液。四、凝固轧制。本发明制备的合金钎料的熔点最低在162.5℃，润湿角在23°～29°之间，抗拉强度在42MPa～58MPa之间且无毒性绿色环保。本发明可获得一种低熔点绿色柔性钎料。

技术领域

本发明涉及合金钎料及其性能研究领域

背景技术

目前，航空、航天、计算机、汽车和通信等领域对高性能系统的要求越来越高，迫使电子封装设计必须朝着更高功率、电流密度和可靠性方面发展。3D封装技术和柔性器件逐渐成为电子工业的主要方向之一。电路系统老化，热电迁移散、应力损伤等一系列问题日益突出。如何解决这一系列问题是3D封装和柔性封装所面临的的挑战之一，在现阶段我们主要以有机连接材料和合金化钎料为主要手段进行封装。主要成分为有机/聚合物粘合剂的导电胶是最为常用的有机连接材料，因其良好的延展性、可以减少应力损伤等优点被广泛应用于柔性封装领域，但是导电胶易发生老化、稳定性较低、散热和抗电迁移能力较差。合金化钎料也是应用在封装领域的方法之一，常见的高熔点钎料合金以Sn-Ag-Cu系为主。然而，在3D封装中由于电路系统不断向高密度、大功率的方向发展，这就对焊接温度的要求比较严格。Sn-Ag-Cu系合金钎料由于熔点温度高，导致其焊接温度较大，过度的焊接温度会对封装质量造成很大的影响。因此，Sn-Ag-Cu系合金钎料便不能满足三维封装等多层封装形式的低温封装要求。低熔点钎料主要包括Sn-Pb系、Sn-Bi系、Sn-Zn系、Sn-In系钎料，传统的Sn-Pb钎料有着价格便宜，低熔点、成形美观、物理、力学和冶金性能好等特点深受电子行业企业的喜爱，但是Pb作为Sn-Pb钎料的主要组成成分之一，大量Pb物质的使用会对环境造成污染。同时，Pb金属具有毒性，会对人体健康造成伤害。因此，无铅的Sn-Bi系、Sn-Zn系、Sn-In系钎料更加深受电子行业的喜爱。其中，Sn-In系钎料熔点低，对酸和碱溶液的耐腐蚀性高，润湿性优异。但是Sn-In系钎料抗电迁移性能较差，同时In金属的价格昂贵且产量较少，作为低温钎料Sn-In钎料显然不能被广泛使用。Sn-Zn系钎料有着价格低廉，力学性能优异的优点，然而其对Cu的润湿性较差且耐腐蚀性差易被氧化，影响该类钎料的应用和推广。而Sn-Bi系合金钎料有着较低的熔点使其在分级封装的外层和靠近对温度敏感的内层具有非常大的优势，同时它的价格低廉，耐腐蚀性高，润湿性良好相比于Sn-Zn系与Sn-In钎料在封装领域有着更大的优势。但是，Sn-Bi系合金钎料的硬脆性较大延展性较差。本发明采用合金化的方式制备了一种Sn-In-Zn-Bi四元合金钎料，这种Sn-In-Zn-Bi合金钎料具有良好的塑性、高耐腐蚀以及强抗电迁移性使得其可以代替导电胶应用于柔性封装领域。同时该合金钎料兼顾低成本、低熔点、散热快，优良的润湿性等诸多优点很好地解决了三维封装领域目前所面临的的老化、散热、应力等问题。

发明内容

本发明主要是解决现有合金钎料硬脆性较大，塑性差，润湿性差等问题以致其不能应用在特定领域中的技术问题，从而提供一种低熔点Sn-Bi-Zn-In钎料及其制备方法。

Sn-In-Zn-Bi钎料合金中按照元素重量份数包括，x份Bi，88份Sn，10-x份ln，2份Zn其表达式为88Sn-(10-x)In-2Zn-xBi，其中1≤x≤5。

所述的改善ln-sn合金钎料性能的步骤具体为：

一.按照表达式88Sn-(10-x)In-2Zn-xBi，称取In块、Sn块、Bi块以及Zn块，纯度均为99.995％。

二.将步骤一获得的混合粉末放入石墨坩埚中，加入松香，然后采用高频感应炉加热至490～510℃，保持15～30min，获得熔液；