[其他]添加表面活性劑改進低熔點焊料的潤濕性

無效

• 申請號: 87102907
• 申請日: 1987-04-18
• 公開（公告）號: CN87102907A
• 公開（公告）日: 1987-10-28
• 發明（設計）人: 霍華德·霍斯特·利伯曼;迪巴西斯·博斯
• 申請（專利權）人: 聯合有限公司
• 主分類號: C22C11/06
• 分類號: C22C11/06;B23K35/26
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 劉慶玫

本發明主要涉及一種常用的焊料合金和用作焊接電子元件特別是將半導體裝置焊到金屬或陶瓷基體上的焊料合金的潤濕性能的改進。

在金屬物理中，焊接是將二種往往具有不同組成的材料連接在一起的方法。焊接的方法可被用來將晶體管或其它半導體裝置（小片或集成電路片）連接到一種金屬或陶瓷部件上（主框架或基座）以對此裝置提供機械支撐。這一過程常被稱為小片固定。典型地，一種熔點低于欲被連接在一起的基體部件材料熔點的金屬填料，被放入到金屬部件中間形成一組合體。接著，這一組合體被加熱到一個足以熔化其金屬填料的溫度。當冷卻時，形成一個堅固的、無縫的焊接點。在這種情況下，焊接的完成通常稱作為“熔爐固定”。被稱作為“自動小片焊合”的為焊接的另一種方法，由于它較大的生產能力，在工業生產中正被廣泛地使用。在自動小片焊合技術中，系在惰性或還原性氣體的氣氛下，預先將主框架或基座加熱至一所需的焊接溫度，接著將預制的焊料滴到熱的主框架或基體上。這種預制焊料幾乎立刻被熔化。接著將硅小片放到被熔化了的焊料上并且在該小片上加一個小的外力使它能將模件與焊料間的和焊料與主框架表面間的殘存的氣體擠壓出，然后，使結合體在受控氣氛下冷卻。

在焊接合金材料中，有一種通常被用在小片固定中的，具有焊劑Pb-5????Sn（重量百分比%）的組成。使用這種焊接合金后的焊接處非常牢固并對在設備運行過程中的熱疲勞有足夠的抵抗能力。一般地，這種合金材料被使用時是呈薄片或線狀。使用這種薄片，特別是在自動小片焊接設備中使用時，所帶來的問題之一是它的非潤濕或帶有抗潤濕傾向，即，在自動小片焊接設備中，所預制的焊料在熱的主框架或基座上熔融后縮回到成一個球型，這個現象是由焊料合金的非潤濕性、部分潤濕或抗潤濕性所引起的。如果一個硅元件是用一個部分潤濕的或反潤濕性的焊料合金焊接的，則形成焊接處會包含空隙與空洞，并將導致裝置的性能不良。理想的是，被點在熱的主框架后，焊料的預制件應熔化并流動到超過其固體預制件的初時尺寸，因此標志出良好的潤濕與鋪開的特性。由適當的潤濕性焊料合金焊出的焊縫將是堅固的，因此，將顯示出優良的性質。

在已有技術中保持著對Pb-Sn焊料的潤濕特性進行改進的一種要求。

本發明提供了在潤濕特性上具有改進的Pb-Sn焊料焊劑。在潤濕特性上的有關改進是通過添加少量的表面活性劑來實現的，該添加劑包含選自包含Sb，Se和Te的組中的一個或多個元素。一般說明，本發明的合金含有4～17%（重量百分）的Sn和選自包括XTe和/或y????Sb+Z????Se組中的至少一個元，其中，X的變化大約可由0.01%（重量百分）到0.5%（重量百分），Y的變化可由大約0.1%至0.5%（重量百分），和Z變化可由約0.01%至0.5%（重量百分），所有這些成份的余量為Pb和偶然帶入的雜質。

由于本發明的合金包含相當大的Sn含量（約4%至7%（重量百分）），它在Pb中具有有限的固溶度，本發明的熔化金屬合金的常規凝固將導致焊劑成份的分凝。具有一分凝結構的焊料薄片比各向同性微結構的焊料薄片須要一更高的焊接溫度和/或一更長的時間來使其重新流動。從本發明的合金中生產微晶各向同性焊料薄片的可取方法是在一移動的冷的表面上迅速固化。用這種方法生產出來的薄片為微晶形態和具有化學的各向同性的性質。其它方法，如輾壓、鑄造、粉末冶金技術或抽絲方法能被用來將這些合金制成薄片狀或線狀。本發明的焊接合金也可通過熔融物噴霧或將上述組成的薄片進行機械粉碎產生粉末形狀。

另外，本發明提供了將二個或更多的部件焊接在一起的工藝，其步驟為：

（a）在將要被焊成一組合體的部件之間插入一填料金屬薄片，這種填料金屬薄片具有比較欲被焊在一起的各個部件的熔化溫度更低的熔化溫度。

（b）將組合體至少加熱至填料金屬的熔化溫度，然后冷卻此組合體，其中的改進包括使用的填料金屬至少是由熔化一種合金產生的一種各向同性的焊料薄片，此焊料主要包含約4～17%（重量百分）的Sn，和包括選自組成XTe和/或Y Sb+Z Se組中的至少一個成份的表面活性劑，其中X變化從0.01%～0.5%（重量百分），Y的變化從0.1%～0.5%（重量百分），Z變化從0.01%～0.5%（重量百分），所有這些成份的余量為Pb和偶然帶入的雜質，并在一冷卻率至少為10³℃/秒的快速移動冷卻表面上將這種合金驟冷。

換句話說，焊接過程能由一具有下列步驟組合的過程來實現：