具有改良的抗跌落冲击性的无铅焊料合金及其焊接接头制造技术

公开了具有改良的抗跌落冲击性的无铅焊料合金及其焊接接头。在一种具体的示例性实施方式中，无铅焊料合金优选地包括０．０－４．０ｗｔ．％的Ａｇ，０．０１－１．５ｗｔ．％的Ｃｕ，至少一种下面的添加剂：０．００１－１．０ｗｔ．％的量的Ｍｎ、０．００１－０．８ｗｔ．％的量的Ｃｅ、０．００１－１．０ｗｔ．％的量的Ｙ、０．００１－０．８ｗｔ．％的量的Ｔｉ、以及０．０１－１．０ｗｔ．％的量的Ｂｉ，和余量的Ｓｎ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改良的抗跌落冲击性的无铅焊料合金及其焊接接头相关申请的交叉文献本专利申请要求2005年12月13日提交的美国临时专利申请 60〃49，615的优先权，其在此以其全部引入以作参考。专利
本专利技术一般涉及电子装置中使用的无铅焊料合金组合物，特别 是具有改良的抗跌落冲击性的无铅焊料合金及其焊接接头。专利技术背景在替代传统锡-铅焊料的各种无铅焊料合金选择中，锡(Sn)-银(Ag)-铜(Cu)合金是目前最受欢迎的，原因在于它们相对优良的 焊接性能、卓越的抗蠕变性能、和热疲劳可靠性，以及它们与目前组 分的相容性。不同国家的工业组织已经提出并推荐使用多种Sn-Ag-Cu 合金。例如由曰本Japan Electronic Industry Development Association (JEIDA)提出的 Sn-3.0 Ag-0.5 Cu (wt.%)，由欧盟the European Consortium BRITE-EURAM提出的Sn-3.8 Ag-0.7 Cu (wt.%)，以及由美 国the National Electronics Manufacturing Initiative (NEMI)提出的 Sn-3.9 Ag-0.6 Cu (wt.%)。然而，关于无铅焊料合金的最近研究表明 由这些推荐的Sn-Ag-Cu合金形成的焊接接头可能是脆性的，并且在跌 落冲击荷载下是易于过早界面损坏的。尽管已经发现减少Sn-Ag-Cu合 金中的银含量是有帮助的，然而这些合金的跌落测试效果仍然劣于低 共熔的锡-铅的性能。传统上，主要通过热疲劳性能评价焊接接头可靠 性，因为在电子互连中热疲劳开裂(thermal fatigue fracture)是关键的损坏模式(critical failure mode)。随着工业向仪器小型化推进以及便携 式电子产品增加的应用，在电子封装中除了传统的热疲劳可靠性(thermal fatigue reliability)之外，焊接接头的冲击可靠性成为关键。 由于前面所述，期望提供具有改良的跌落冲击可靠性的 Sn-Ag-Cu基焊料合金及其焊接接头。专利技术概述公开了具有改良的抗跌落冲击性的无铅焊料合金及其焊接接 头。在一种具体的示例性实施方式中，无铅焊料合金优选地包括0.0-4.0 wt.%的Ag， 0.01-1.5 wt.%的Cu，至少一种下面的添加剂0.001-1.0 wt.。/。的量的Mn、 0.001-0.8 wt.。/o的量的Ce 、 0.001-1.0 wt.。/o的量的Y、 0.001-0.8 wt.。/。的量的Ti、以及0.01-1.0 wt.。/。的量的Bi，和余量的Sn。 根据这个具体示例性实施方式的其它方面，Ag的优选含量是 0.0-2.6 wt.%。根据这个具体示例性实施方式的又一方面，Mn的优选含量是 0.01-0.3 wt%。根据这个具体示例性实施方式的另外的方面，Ce的优选含量是 0.01-0.2 wt,%。仍然根据这个具体示例性实施方式的其它方面，Ti的优选含量 是0.01-0.2 wt.%。仍然根据这个具体示例性实施方式的又一方面，Y的优选含量 是0.01-0.4 wt.0/0。仍然根据这个具体示例性实施方式的另一方面，Bi的优选含量 是0.01-0.5 wt.%。仍然根据这个具体示例性实施方式的又一方面，无铅焊料合金可以电子连接用一种或者多种下述材料形成的衬底表面防护层电镀Ni/Au、非电镀的Ni浸Au (electroless Ni immersion Au (ENIG))、有机 可焊性保护剂(organic solderability preservatives (OSP))、浸Ag以及浸 Sn。在另一种具体示例性实施方式中，焊球可由无铅焊料合金形成， 其优选地包括0.0-4.0 wt.%的Ag， 0.01-1.5 wt.%的Cu，至少一种下面的添加剂0.001-1.0 wt.。/。的量的Mn、 0.001-0.8 wt.。/o的量的Ce、 0.001-1.0 wt.o/o的量的Y、 0.001-0.8 wt.。/。的量的Ti、以及0.01-1.0 wt,%的量的Bi，和余量的Sn。在仍然另一种具体示例性实施方式中，焊粉可由无铅焊料合金 形成，其优选地包括0.0-4.0 wt.%的Ag， 0.01-1.5 wt.%的Cu，至少 一种下面的添加剂0.001-1.0 wt.n/o的量的Mn、 0.001-0.8 wt.yo的量的 Ce、 0.001-1.0 wt.。/o的量的Y、 0.001-0.8 wt.。/o的量的Ti、以及0.01-1.0 wt,/。的量的Bi，和余量的Sn。在又一种具体示例性实施方式中，焊膏可包括由无铅焊料合金 形成的焊粉，该合金优选地包括0.0-4.0 wt.%的Ag， 0.01-1.5 wt.%的 Cu，至少一种下面的添加剂0.001-1.0 wt.o/。的量的Mn、 0.001-0.8 wt.% 的量的Ce、 0.001-1.0 wt.。/o的量的Y、 0.001-0.8 wt.。/。的量的Ti、以及 0.01-1.0 wt.。/o的量的Bi，和余量的Sn。在仍然另一具体示例性实施方式中，在印制电路板上排列电子 组件的球栅阵列(ball grid array (BGA))可包括由无铅焊料合金形成的 焊球，该合金优选地包括0.0-4.0 wt.%的Ag， 0.01-1.5 wt.°/。的Cu， 至少一种下面的添加剂o.OOl-l.O wt.。/。的量的Mn、 0.001-0.8 wt.。/o的 量的Ce、0.001-1.0 wt.y。的量的Y、0.001-0.8 wt.o/o的量的Ti、以及0.01-1.0 wt.。/。的量的Bi，和余量的Sn。在仍然又一具体的示例性实施方式中，电子器件中的焊接接头 可由无铅焊料合金形成，该合金优选地包括0.0-4.0 wt.%的Ag， 0.01-1.5 wt.%的Cu，至少一种下面的添加剂0.001-1.0 wto/。的量的 Mn、 0.001-0.8 wt.。/。的量的Ce、 0.001-1.0 wt.。/o的量的Y、 0.001-0.8 wt。/。的量的Ti、以及0.01-1.0 wt.o/o的量的Bi，和余量的Sn。 现在，本专利技术将参考其所附附图中说明的示例性实施方式更详 细地予以描述。尽管本专利技术参考示例性实施方式在下面予以描述，应 当理解本专利技术不限于此。具有接触本文教导的机会的本领域普通技术 人员将认识到本文所述本专利技术范围之内的和本专利技术可能具有重要的实 用性的另外的实施、修改和实施方式，以及其它使用领域。附图简述为了帮助对本专利技术更完全的理解，现在对所附附图进行参考， 其中相同的元素用相同的数字进行标注。这些附图不应该被解释为对 本专利技术的限定，而仅仅意欲是说明性的。附图说明图1是表明对比的抗跌落冲击性数据的表，其是关于由根据本 专利技术实施方式配制的示例性焊料合金形成的和对照焊料合金形成的回 流焊状态焊接接头(as-reflowed solder joints )。图2是表明由根据本专利技术的实施方式配制的示例性焊料合金和 对照焊料合金的对比熔化行为的表。图3是表明对比的抗跌落冲击本文档来自技高网...

【技术保护点】
无铅焊料合金，其包括：０．０－４．０ｗｔ．％的Ａｇ，０．０１－１．５ｗｔ．％的Ｃｕ，至少一种下面的添加剂：０．００１－１．０ｗｔ．％的量的Ｍｎ、０．００１－０．８ｗｔ．％的量的Ｃｅ、０．００１－１．０ｗｔ．％的量的Ｙ、０．００１－０．８ｗｔ．％的量的Ｔｉ、以及０．０１－１．０ｗｔ．％的量的Ｂｉ，和余量的Ｓｎ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W刘，NC李，
申请(专利权)人：美国铟泰公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]