[发明专利]复合焊料及其制备方法、封装方法

说明书

本发明公开了一种复合焊料及其制备方法，封装方法，复合焊料制备方法包括以下步骤：提供基础焊料，基础焊料组成包括20％～35％的金属铜、55％～70％的金属银以及10％～15％的助剂，其中金属银和金属铜的质量比为(20～35):(50～70)；将金属银和金属铜置于含有碳源气体的气氛中进行等离子体化学气相沉积处理，制备预制焊料，混合预制焊料以及助剂。利用等离子体增强化学气相沉积在含有金属银以及金属铜的基础焊料上原位生长纳米石墨烯，生长的石墨烯弥散分布，细晶强化，可解决石墨烯易团聚阻碍焊料流动导致孔洞形成的问题，制得的复合焊料能有效提高焊接强度，实现陶瓷‑焊料‑金属之间的热膨胀系数梯度过渡。

技术领域

本发明涉及电子封装领域，特别是涉及一种复合焊料及其制备方法、封装方法。

背景技术

微电子封装是电子产品中的重要组成部分。它的主要作用是给电子产品提供导电导热通路并阻挡外部环境对电子产品的冲击。电子产品的成本、性能以及尺寸、重量很大程度上取决于封装的结构和材料。

目前银铜焊料已被广泛地作为电子封装互连材料通过钎焊的方式应用于电子产品当中，然而电子产品封装密度的提高以及焊点尺寸的减小对焊料产品的强度提出了更高的要求。钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液体钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。对于焊料而言，一方面要保证焊料具有优异的延展性，另一方面还有保证具有较高的强度，既可以具有充足的滑移发生，又不能使位错过度塞积产生严重的应力集中。

传统提高锡银铜焊料的方法是在锡银铜焊料中加入微小颗粒，借助微小颗粒的弥散强化效果实现强化，其中纳米颗粒较之微米颗粒具有更明显的强化效果，因此得到了广泛地关注。用于强化锡银铜焊料的纳米颗粒主要有Ag、Al、Mo、Co和Ni等金属纳米颗粒以及TiO₂以及Al₂O₃等非金属纳米颗粒。但是对于金属与陶瓷进行焊接由于热膨胀系数相差较大，导致钎焊接头残余应力较大，降低钎焊质量。不仅如此，传统增强相例如金属纳米颗粒在焊接过程和高温环境下容易粗化或与银铜合金过度反应失去强化作用，而非金属纳米颗粒与锡银铜合金不易形成可靠界面，对焊点的强度和热疲劳抗性不利。进一步地，传统纳米颗粒容易在回流焊接过程中随助焊剂大量流失，影响最终焊接效果。此外，纳米石墨烯(VFG)生产不易控制：如是利用机械剥离法效率低、易团聚；而氧化还原法难以保证反应完全；外延生长法不易转移VFG。

发明内容

基于此，为了提高金属与陶瓷之间的焊接强度，实现热膨胀系数的梯度过渡，有必要提供一种复合焊料及其制备方法、封装方法。

本发明提供一种复合焊料的制备方法，包括以下步骤：

提供基础焊料，所述基础焊料以重量百分数计，组成包括20％～35％的金属铜、55％～70％的金属银以及10％～15％的助剂，其中所述金属银和所述金属铜的粒径为50nm～200nm，所述金属银和所述金属铜的质量比为(20～35):(50～70)；

将所述金属银和所述金属铜置于含有碳源气体的气氛中进行等离子体化学气相沉积处理，制备预制焊料，其中所述等离子体化学气相沉积处理的射频功率为150W～250W；

混合所述预制焊料以及所述助剂。

在其中一个实施例中，所述助剂包括重量比为(1～5):(2～4):(1～3):(0.5～2):(1～3):(1～3)的金属增强剂、助焊剂、表面活性剂、触变剂、增稠剂以及扩散剂。

在其中一个实施例中，所述金属增强剂包括金属镍和金属钛，所述金属镍和所述金属钛之间的质量比为(1～3):(0.5～2)。

在其中一个实施例中，所述金属镍和所述金属钛的粒径为50nm～300nm。

在其中一个实施例中，以重量百分数计，所述基础焊料的组成包括：