CN110834167A - 一种高温半导体固晶焊锡膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体功率器件封装装用的焊接材料技术领域，一种高温半导体固晶焊锡膏，包括固晶的助焊膏和均匀分布于其中的合金粉体，按重量份数比，其组成如下：合金粉体：82～91份，助焊膏：9～18份，所述合金粉体为PbInAg球形金属合金粉末。其能满足具有极低的热膨胀系数，制备简单，储存性能优良，对被焊接层的润湿性好，气孔率极低，同时具有优异的焊接强度可以满足二次回流的需要。本发明还提供该焊锡膏的制作方法。

Description

一种高温半导体固晶焊锡膏及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体功率器件封装装用的焊接材料技术领域，更具体是涉及一种高温半导体固晶焊锡膏及其制备方法。本发明还提出高温高温半导体固晶焊锡膏的制作方法。
背景技术
目前，高温工作的半导体功率器件、LED封装、高密度集成电路封装以及一些精密集成电路的组装，需要采用第二次甚至第三次回流焊接工艺都是采用高含铅量的锡膏进行焊接。主要产品包括92.5Pb/5Sn/2.5Ag、95.5/2Sn/2.5Ag、Sn10/Pb88/Ag2、Sn5/Pb95、Sn5/Pb85/Sb10等合金，但是这些合金组成的焊锡膏存在热膨胀系数高、对镀金、镀银、镀镍器件润湿性差、焊接强度低、空洞率高等问题。本发明的合金焊锡膏不仅能解决上述问题，更能极大改善陶瓷对陶瓷、和陶瓷对金属的焊接，尤其适用于精密器件焊接。目前，市场上还没有满足以上要求的产品，本发明可以填补这方面技术空白。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供高温半导体固晶焊锡膏，这种焊锡膏能满足具有极低的热膨胀系数，制备简单，储存性能优良，对被焊接层的润湿性好，气孔率极低，同时具有优异的焊接强度可以满足二次回流的需要。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个技术方案中，一种高温半导体固晶焊锡膏，包括固晶的助焊膏和均匀分布于其中的合金粉体，按重量份数比，其组成如下：合金粉体：82～91份，助焊膏：9～18份，所述合金粉体为PbInAg球形金属合金粉末。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述PbInAg球形金属合金粉末的以组分含量重量百分比为Pb：In：Ag＝92.5：5：2.5，误差≤0.5％；所述PbInAg球形金属合金粉的球形率≥95％；所述PbInAg球形金属合金粉的粒径为20μm-38μm。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述助焊膏按重量份数比计，所述助焊膏由以下组分组成：树脂30-40份，有机溶剂30份-40份,有机酸4份-7份，有机胺1份-2份，表面活性剂3份-4份，触变剂4份-5份，抗氧剂1份-2份，偶联剂1份-3份。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述树脂为聚合松香、氢化松香树脂、石油改性树脂、丙烯酸树脂中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述溶剂为二乙二醇辛醚、二乙二醇己醚、2-乙基-1，3-己二醇、三乙二醇丙醚、乙二醇苯醚中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述有机酸为丙二酸、丁二酸、己二酸、油酸、酒石酸、苹果酸、甲酸、水杨酸中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述触变剂为氢化蓖麻油、乙撑双硬脂酰胺、聚酰胺树脂、脂肪酸酰胺蜡中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述有机胺为甲胺、三甲胺、苯胺、乙二胺、二乙丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、芳香胺中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述抗氧剂为抗氧剂BHT、抗氧剂DLTP、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂T501中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述表面活性剂为2-己基癸酸季戊四醇酯、癸基十四酸、松香醇醚表面活性剂、丙三醇中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述偶联剂为有机硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-57、钛酸酯偶联剂中的一种或其组合。
在第二个技术方案中，一种高温半导体固晶焊锡膏的制作方法，制作如实施例1中所述的高温半导体固晶焊锡膏，包括如下步骤：(1)将助焊膏的各组分按所选比例混合均匀，并加热至完全溶解后自然冷却到室温；
(2)将所制组合物在2-8℃环境下冷藏制得助焊膏；
(3)按所选比例将PbInAg焊锡粉和助焊膏置于分散机内搅拌均匀，按要求分装，在2-8℃环境下保存。
使用本发明的有益效果是：
本发明所提供半导体固晶的焊锡膏，具有极低的热膨胀系数，制备简单，储存性能优良，对被焊接层的润湿性好，气孔率极低，同时具有优异的焊接强度可以满足多次回流的需要。
具体实施方式
为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。
在第一个技术方案中，一种高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：包括固晶的助焊膏和均匀分布于其中的合金粉体，按重量份数比，其组成如下：合金粉体：82～91份，助焊膏：9～18份，所述合金粉体为PbInAg球形金属合金粉末。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述PbInAg球形金属合金粉末的以组分含量重量百分比为Pb：In：Ag＝92.5：5：2.5，误差≤0.5％；所述PbInAg球形金属合金粉的球形率≥95％；所述PbInAg球形金属合金粉的粒径为20μm-38μm。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述助焊膏按重量份数比计，所述助焊膏由以下组分组成：树脂30-40份，有机溶剂30份-40份,有机酸4份-7份，有机胺1份-2份，表面活性剂3份-4份，触变剂4份-5份，抗氧剂1份-2份，偶联剂1份-3份。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述树脂为聚合松香、氢化松香树脂、石油改性树脂、丙烯酸树脂中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述溶剂为二乙二醇辛醚、二乙二醇己醚、2-乙基-1，3-己二醇、三乙二醇丙醚、乙二醇苯醚中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述有机酸为丙二酸、丁二酸、己二酸、油酸、酒石酸、苹果酸、甲酸、水杨酸中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述触变剂为氢化蓖麻油、乙撑双硬脂酰胺、聚酰胺树脂、脂肪酸酰胺蜡中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述有机胺为甲胺、三甲胺、苯胺、乙二胺、二乙丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、芳香胺中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述抗氧剂为抗氧剂BHT、抗氧剂DLTP、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂T501中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述表面活性剂为2-己基癸酸季戊四醇酯、癸基十四酸、松香醇醚表面活性剂、丙三醇中的一种或其组合。
在第一个技术方案中，作为优选的，所述偶联剂为有机硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-57、钛酸酯偶联剂中的一种或其组合。
在第二个技术方案中，一种高温半导体固晶焊锡膏的制作方法，制作如实施例1中所述的高温半导体固晶焊锡膏，包括如下步骤：(1)将助焊膏的各组分按所选比例混合均匀，并加热至完全溶解后自然冷却到室温；
(2)将所制组合物在2-8℃环境下冷藏制得助焊膏；
(3)按所选比例将PbInAg焊锡粉和助焊膏置于分散机内搅拌均匀，按要求分装，在2-8℃环境下保存。
实施例1
A：助焊膏配方
聚合松香30％、石油改性树脂18％、二乙二醇辛醚20％、二乙二醇己醚14％、丁二酸4.5％、己二酸4％、氢化蓖麻油4％、三乙醇胺3％、乙二胺1％、抗氧剂BHT 1％、2-己基癸酸季戊四醇酯2％、KH-560 1.5％,先按组分比例混合均匀，加热至完全溶解后自然冷却到室温，再将该组合物在2-8℃环境下冷藏制得助焊膏。
B：焊锡膏制备
选择重量百分比例为Pb：In：Ag＝92.5：5：2.5，粒径为20μm-38μm的PbInAg焊锡粉，将重量百分比为86：14焊锡粉和助焊膏置于分散机内搅拌均匀，按要求分装，在2-8℃环境下保存。
实施例2
A：助焊膏配方
氢化松香树脂31％、石油改性树脂15％、二乙二醇己醚12％、三乙二醇丙醚22％、己二酸6％、水杨酸2％、氢化蓖麻油3％、乙撑双硬脂酰胺3％、苯胺2％、二乙二胺2％、抗氧剂1010 1％、松香醇醚表面活性剂1％、KH-570 1％先按组分比例混合均匀，加热至完全溶解后自然冷却到室温，再将该组合物在2-8℃环境下冷藏制得助焊膏。
B：焊锡膏制备
选择重量百分比例为Pb：In：Ag＝92.5：5：2.5，粒径为20μm-38μm的PbInAg焊锡粉，将重量百分比为87:13焊锡粉和助焊膏置于分散机内搅拌均匀，按要求分装，在2-8℃环境下保存。
实施例3
A：助焊膏配方
氢化松香树脂35％、丙烯酸树脂10％、乙二醇苯醚15％、丙二醇苯醚20％、聚酰胺树脂1.5％、脂肪酸酰胺蜡2.5％、苹果酸7％、丙二酸1％、三乙醇胺2％、芳香胺2％、抗氧剂168 1％、癸基十四酸2％、钛酸酯偶联剂1％先按组分比例混合均匀，加热至完全溶解后自然冷却到室温，再将该组合物在2-8℃环境下冷藏制得助焊膏。
B：焊锡膏制备
选择重量百分比例为Pb：In：Ag＝92.5：5：2.5，粒径为20μm-38μm的PbInAg焊锡粉，将重量百分比为85：15焊锡粉和助焊膏置于分散机内搅拌均匀，按要求分装，在2-8℃环境下保存。
经检验，本发明所制备焊锡膏点涂性、抗坍塌性、润湿性、抗腐蚀性、表面绝缘电阻、粘度稳定性、储存期、焊接性等均为优良。这种焊锡膏能满足具有极低的热膨胀系数，制备简单，储存性能优良，对被焊接层的润湿性好，气孔率极低，同时具有优异的焊接强度可以满足二次回流的需要。
图1中A-B为预热区、B-C为升温区、C-D为回流区、D-E为冷却区。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (12)

1.一种高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：包括固晶的助焊膏和均匀分布于其中的合金粉体，按重量份数比，其组成如下：合金粉体：82～91份，助焊膏：9～18份，所述合金粉体为PbInAg球形金属合金粉末。
2.根据权利要求1所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述PbInAg球形金属合金粉末的以组分含量重量百分比为Pb：In：Ag＝92.5：5：2.5，误差≤0.5％；所述PbInAg球形金属合金粉的球形率≥95％；所述PbInAg球形金属合金粉的粒径为20μm-38μm。
3.根据权利要求1所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述助焊膏按重量份数比计，所述助焊膏由以下组分组成：树脂30-40份，有机溶剂30份-40份,有机酸4份-7份，有机胺1份-2份，表面活性剂3份-4份，触变剂4份-5份，抗氧剂1份-2份，偶联剂1份-3份。
4.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述树脂为聚合松香、氢化松香树脂、石油改性树脂、丙烯酸树脂中的一种或其组合。
5.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述溶剂为二乙二醇辛醚、二乙二醇己醚、2-乙基-1，3-己二醇、三乙二醇丙醚、乙二醇苯醚中的一种或其组合。
6.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述有机酸为丙二酸、丁二酸、己二酸、油酸、酒石酸、苹果酸、甲酸、水杨酸中的一种或其组合。
7.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述触变剂为氢化蓖麻油、乙撑双硬脂酰胺、聚酰胺树脂、脂肪酸酰胺蜡中的一种或其组合。
8.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述有机胺为甲胺、三甲胺、苯胺、乙二胺、二乙丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、芳香胺中的一种或其组合。
9.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂BHT、抗氧剂DLTP、抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂T501中的一种或其组合。
10.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述表面活性剂为2-己基癸酸季戊四醇酯、癸基十四酸、松香醇醚表面活性剂、丙三醇中的一种或其组合。
11.根据权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，其特征在于：所述偶联剂为有机硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-57、钛酸酯偶联剂中的一种或其组合。
12.一种高温半导体固晶焊锡膏的制作方法，其特征在于，制作如权利要求3所述的高温半导体固晶焊锡膏，包括如下步骤：(1)将助焊膏的各组分按所选比例混合均匀，并加热至完全溶解后自然冷却到室温；
(2)将所制组合物在2-8℃环境下冷藏制得助焊膏；
(3)按所选比例将PbInAg焊锡粉和助焊膏置于分散机内搅拌均匀，按要求分装，在2-8℃环境下保存。
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