本发明专利技术属于电子封装焊接技术领域，一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片，所述预成型焊片呈三明治结构，其包括：上层、中间层和下层；上层和下层为低熔点金属层，中间层为高熔点金属层；该制备方法，包括以下步骤：高熔点金属层制备：对金属箔进行表面清洁和活化处理；低熔点金属层沉积：在高熔点金属层两面沉积低熔点金属；热处理：在惰性气体保护下进行退火处理；切割成型：将制备好的三层结构焊片切割成所需的形状和尺寸。本发明专利技术实现了在较低的温度下实现焊接，又能形成高熔点的焊点，同时具有良好的力学性能和可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子封装焊接，尤其涉及一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片及其制备方法。
技术介绍
1、随着电子产品向高功率密度、高可靠性和高温应用方向发展，特别是在第三代半导体领域，对于焊接材料的性能要求越来越高。传统的软钎焊工艺使用的锡基焊料通常熔点较低(一般不超过250℃)，难以满足高温应用的需求。而硬钎焊虽然可以形成高熔点焊点，但其工艺复杂、温度高、对设备要求严格，不利于大规模生产应用。
2、在这一背景下，瞬态液相(tlp)焊接技术应运而生。tlp焊接技术结合了软钎焊的低温加工优势和硬钎焊的高温性能优势，成为近年来电子封装领域的研究热点。tlp焊接的核心原理是利用低熔点金属(如锡)和高熔点金属(如铜、银、镍等)之间的互扩散和金属间化合物形成过程，在较低温度下实现焊接，同时获得高熔点的连接。
3、目前，tlp焊接技术主要有以下几种形式：
4、1.膏体tlp焊接：这种形式将低熔点金属和高熔点金属的粉末混合，并加入有机载体形成膏状物。该方法适用性广，可以适应各种形状的连接区域，便于操作和自动化生产，与现有smt工艺兼容性好。然而，这种方法可能存在空洞和不均匀分布的问题，有机载体的残留可能影响焊接质量，且反应过程控制较难。
5、2.覆层tlp焊接：在这种形式中，在基板或芯片表面镀覆一层或多层金属，通常是在高熔点金属上覆盖一层低熔点金属。该方法界面接触良好，反应均匀，能够精确控制低熔点金属的用量，适合晶圆级封装。但是，这种方法的低熔点金属含量受限，对镀覆工艺要求较高，成本相对较高。
6、上述现有技术仍存在一些共同的局限性。首先，在实现高温焊点的同时保持低温加工的平衡仍然具有挑战性。其次，一些方法可能需要较高的加工温度或较长的反应时间，这可能会对温度敏感的电子元件造成不利影响。此外，如何保证焊接界面的均匀性和可靠性，以及如何适应不同的表面状态和几何形状，也是需要解决的问题。
7、综上所述，现有的瞬态液相(tlp)焊接技术，尽管在某些方面优于传统的软钎焊和硬钎焊，但仍存在以下主要缺点：
8、1、温度控制难度大：虽然tlp焊接的目标是在较低温度下实现高熔点连接，但在实际操作中，为了保证充分的金属间化合物形成，往往需要较高的处理温度或较长的反应时间。这可能会对温度敏感的电子元件造成不利影响，限制了tlp焊接在某些应用领域的使用。
9、2、界面均匀性差：特别是在膏体tlp焊接中，由于低熔点金属和高熔点金属粉末的混合可能不够均匀，导致焊接界面的金属间化合物分布不均匀。这种不均匀性可能会影响焊点的机械强度和可靠性。
10、3、空洞形成：在膏体tlp焊接过程中，有机载体的挥发和金属间化合物形成过程中的体积收缩可能导致焊点内部形成空洞。这些空洞会降低焊点的导热性能和机械强度。
11、4、反应过程控制困难：tlp焊接涉及复杂的金属互扩散和金属间化合物形成过程。这个过程受多个因素影响，如温度、时间、压力等，使得反应过程的精确控制变得困难。不当的控制可能导致未反应完全的低熔点金属残留或过度反应导致的脆性增加。
12、5、焊点厚度控制难度大：在现有的tlp焊接方法中，很难精确控制最终焊点的厚度。这可能导致应力分布不均，影响器件的长期可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片及其制备方法，能够在较低的温度下实现焊接，又能形成高熔点的焊点，同时具有良好的力学性能和可靠性。
2、本专利技术实施例是这样实现的：
3、一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片，所述预成型焊片呈三明治结构，其包括：
4、上层、中间层和下层；上层和下层为低熔点金属层，中间层为高熔点金属层；
5、低熔点金属层采用sac305合金带材作为原料，低熔点金属层的厚度范围为4-8μm，低熔点金属层的熔点范围：100-280℃；
6、高熔点金属层采用含0.2％ ni的cu带材或含0.4％ ni的cu带材作为原料，高熔点金属层的厚度范围为10-350μm，高熔点金属层的熔点：>400℃；
7、整个预成型焊片的总厚度范围为30-358μm。
8、一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，包括以下步骤：
9、高熔点金属层制备：选用含0.2％ ni的cu带材或含0.4％ ni的cu带材作为原料的目标金属箔，对金属箔进行表面清洁和活化处理；
10、低熔点金属层沉积：采用sac305合金带材作为原料，低熔点金属层的厚度范围为4-8μm；采用复合辊轧、电镀、真空蒸镀或溅射的方法在高熔点金属层两面沉积低熔点金属；其中，电镀、真空蒸镀或溅射通过控制沉积速率和时间以达到目标厚度；复合辊轧通过控制初始带材厚度调节各层厚度；
11、热处理：在惰性气体保护下进行退火处理，温度范围150-250℃，时间15-60分钟；
12、切割成型：将制备好的三层结构焊片切割成所需的形状和尺寸。
13、所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，还包括：对制备好的预成型焊片进行厚度、成分、表面形貌检测。
14、其中，所述表面清洁和活化处理具体为：用丙酮、异丙醇超声清洗5分钟，在5％硫酸溶液中浸泡30秒进行表面活化处理。
15、其中，热处理具体为：将制备好的三层结构样品置于真空热处理炉中，抽真空至1×10^-3pa后充入纯度99.999％的高纯氩气，升温至200℃，保温30分钟后自然冷却至室温。
16、其中，切割成型具体为：使用精密激光切割设备将制备好的三层结构焊片切割成5mm×5mm的方形片。
17、本专利技术实施例通过，形成以下技术效果：
18、1.降低焊接温度：能在较低温度下(如<260℃)实现焊接的tlp预成型焊片，以减少对温度敏感元件的热损伤，同时保证形成高熔点(>400℃)的焊点。
19、2.提高界面均匀性：通过优化预成型焊片的结构设计，实现更均匀的金属间化合物分布，从而提高焊点的机械强度和可靠性。
20、3.减少空洞形成：通过层状结构设计，最小化焊接过程中的体积收缩，从而减少空洞的形成，提高焊点的导热性能和机械强度。
21、4.改善反应过程控制：通过预先设计的多层结构，实现对金属互扩散和金属间化合物形成过程的更精确控制，避免低熔点金属残留或过度反应导致的脆性增加。
22、5.降低成本：制备工艺简单、材料利用率高的tlp预成型焊片，以降低整体成本。
23、6.优化低熔点金属用量：通过层状结构设计，实现对低熔点金属用量的精确控制，确保足够的金属间化合物层厚度，同时避免过多的未反应金属残留。
24、7.实现焊点厚度精确控制：通过预成型焊片的结构设计，实现对最终焊点厚度的精确控制，以优化应力分布，提高长期可靠性。
25、8.提高批量生产效率：通过优化预成型焊片的本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片，其特征在于：所述预成型焊片呈三明治结构，其包括：
2.一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于，还包括：对制备好的预成型焊片进行厚度、成分、表面形貌检测。
4.根据权利要求2所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于：所述表面清洁和活化处理具体为：用丙酮、异丙醇超声清洗5分钟，在5％硫酸溶液中浸泡30秒进行表面活化处理。
5.根据权利要求2所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于：热处理具体为：将制备好的三层结构样品置于真空热处理炉中，抽真空至1×10^-3Pa后充入纯度99.999％的高纯氩气，升温至200℃，保温30分钟后自然冷却至室温。
6.根据权利要求2所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于：切割成型具体为：使用精密激光切割设备将制备好的三层结构焊片切割成5mm×5mm的方形片。
【技术特征摘要】
1.一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片，其特征在于：所述预成型焊片呈三明治结构，其包括：
2.一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于，还包括：对制备好的预成型焊片进行厚度、成分、表面形貌检测。
4.根据权利要求2所述的一种用于瞬态液相焊接的预成型焊片的制备方法，其特征在于：所述表面清洁和活化处理具体为：用丙酮、异丙醇超声清洗5分钟，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁鹏，罗婧祎，
申请(专利权)人：深圳市博士达焊锡制品有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。