TW201309409A - 多層結構之高溫焊料及其製造方法 - Google Patents

多層結構之高溫焊料及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係與一種多層結構之高溫焊料及其製造方法有關，該多層結構之高溫焊料係包括：至少一第一基板11與一第二基板13；其中，該第一基板11之一表面係以電鍍形成有一第一金屬層12，該第二基板13之兩表面則依序地以電鍍形成有一第二金屬層14與一第三金屬層15；並且，該至少一第一基板11係以其之電鍍有第一金屬層14之表面，疊合於該第二基板13之第三金屬層15之上，並藉由一固-液擴散接合之方式，而使得第三金屬層15與第一金屬層12共同形成含有至少一介金屬相的一介金屬層16；其中，介金屬層16所含有之(Cu,Ni)6(Sn,In)5與Cu3(Sn,In)介金屬相，可使得多層結構之高溫焊料的熔點高於300℃，藉此使得本發明之多層結構高溫焊料適合於作為傳統高溫含鉛焊料之替代焊料。

Description

多層結構之高溫焊料及其製造方法
本發明係與一種焊料結構有關，尤指可用以取代傳統含鉛銲料的一種多層結構之高溫焊料及其製造方法。
近幾年，隨著半導體產業與積體電路(Integrated Circuit,IC)設計產業的蓬勃發展，電子構裝之技術也隨著迅速成長。電子構裝技術係用於將半導體製程所製造的積體電路(IC)與其它相關的電子元件(electronic component)加以連接。
在接合電子元件時，為了避免後續接合製程之影響，例如波焊或迴焊，第一層級接合材料(焊料)會選擇使用熔點高於250oC之材料，如此，在進行電子元件的後續接合製程之時，便不會發生因操作溫度高於第一層級接合材料之熔點，而導致接點失效之情事。業界一般最常使用錫-鉛(Sn-Pb)合金之焊料(solder)，此種焊料不僅價格相對低廉且其在可靠性、濕潤性、導電性、韌性、強度、抗潛變能力、抗腐蝕性、以及焊點等方面皆具有相當好的表現。以Sn-95Pb焊料為例，其之固相線溫度與液相線溫度分別為300oC與314oC，故Sn-95Pb焊料之高溫焊接的工作溫度係介於300oC至350oC之間，係符合高溫焊料之特性。
然而，鉛屬於重金屬，其不僅會對環境造成嚴重的汙染，且也會對人體的神經系統、腎臟與肝臟造成傷害。因此，歐盟於經過多次會議之後，已正式立法通過廢棄電子電機產品管理條例(directive 2002/96/EC on waste electrical and electronic equipment,WEEE)以及有害物質限用指令(restriction of hazardous substances,RoHS)，以限制與禁用含有危害人體物質的電器產品。因此，為了符合環保訴求與相關法條之規定，電子構裝之廠商係不斷地進行研發，並推出相關的無鉛焊料。
目前，已研發出來的無鉛焊料有屬於第I群的錫-銀(-銅)、錫-銅(-鎳)與錫-鉍-銅等焊料合金，以及屬於第II群的錫-鋅(-鉍)與錫-銦-銀-鉍之類合金，其中，該些焊料合金的熔點經檢測約為210℃至230℃，而該些類合金的熔點約為180℃至210℃。因此，經由上述，吾人可輕易地瞭解，就目前所研發出的第I群無鉛焊料與第I群無鉛焊料而言，由於其熔點不高，故並不適於作為第一層級接合材料(焊料)。
因此，有鑒於習用的含鉛焊料會對環境與人體造成危害，以及現有的第I群與第II群無鉛焊料之熔點不高，而無法使用於高溫焊接製程的情況下，本案之發明人係極力地研究創作，而終於研發出一種多層結構之高溫焊料及其製造方法，並期望以該多層結構之高溫焊料取代習用的含鉛焊料。
本發明之主要目的，在於提供一種多層結構之高溫焊料，其係藉由將銦/鎳/銅/鎳/銦之多層結構，與錫/銅結構於200oC、240oC與300oC操作溫度下進行迴焊，並進而形成銅/介金屬層/鎳/銅/鎳/介金屬層/銅之多層結構，並期望可利用此多層結構焊料來取代傳統高溫錫-鉛焊料。
因此，為了達成本發明之主要目的，本案之發明人提出一種多層結構之高溫焊料，其包括：至少一第一基板，其一表面係以電鍍形成有一第一金屬層；以及一第二基板，其兩表面係依序地分別以電鍍形成有一第二金屬層與一第三金屬層；其中，該至少一第一基板係以其電鍍有該第一金屬層之表面，疊合於該第二基板之該第三金屬層之上，並藉由一固-液擴散接合之方式，而使得第三金屬層與第一金屬層，共同形成含有至少一介金屬相的一介金屬層。
本發明之第二目的，在於提供一種多層結構之高溫焊料的製造方法，以透過一套完整的流程步驟來製造出具多層結構之高溫焊料。
因此，為了達成本發明之第二目的，本案之發明人提出一種多層結構之高溫焊料之製造方法，其包括：
(1)將至少一第一基板與一第二基板之表面加以研磨；
(2)將該至少一第一基板與該第二基板之表面加以拋光；
(3)將第一基板與第二基板置入一超音波震盪機內，以進行水洗作業；
(4)使用一鹼液鹼來洗滌第一基板與第二基板，以去除油漬；
(5)使用一酸液酸來洗滌第一基板與第二基板，以去除金屬雜質；
(6)將第一基板與第二基板加以水洗，以洗淨殘留的該酸液與該鹼液；
(7)將該至少一第一基板置入一第一金屬電鍍液內，並於第一基板之表面上電鍍形成一第一金屬層；
(8)將第二基板置入一第二金屬電鍍液內，並於第一基板之表面上電鍍形成一第二金屬層；
(9)將第二基板置入一第三金屬電鍍液內，並於該第二金屬層之表面上電鍍形成一第三金屬層；
(10)將該至少一第一基板以其電鍍有該第一金屬層之表面，疊合於該第二基板之該第三金屬層之上；
(11)藉由一固-液擴散接合之方式，使得第三金屬層與第一金屬層，共同形成具有至少一介金屬相的一介金屬層；以及
(12)對第一基板與第二基板進行一時效熱處理。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種多層結構之高溫焊料及其製造方法，以下將配合圖示，詳盡說明本發明之實施例。
首先說明本發明所提出之一種多層結構之高溫焊料，請參閱第一A圖與第一B圖，其等係為本發明之一種多層結構之高溫焊料的結構示意圖。該多層結構之高溫焊料1係包括：二第一基板11與一第二基板13。其中該第一基板11之一表面係以電鍍形成有一第一金屬層12，且該第二基板13之兩表面係分別依序地以電鍍形成有一第二金屬層14與一第三金屬層15。如第一A圖所示，於本發明之中，係將該二第一基板11電鍍有該第一金屬層12之表面，疊合於該第二基板13之該第三金屬層15之上，並且，進一步如第一B圖所示，係藉由一固-液擴散接合之方式，而使得第三金屬層15與第一金屬層12共同形成一介金屬層16，其中該介金屬層16內含有多個介金屬相(intermetallic compounds,IMCs)。
於上述本發明的多層結構之高溫焊料1的結構中，如第一A圖與第一B圖所示，其等係分別選用厚度為1mm與厚度為50μm的銅，以作為第一基板11與第二基板13。另外，於第一基板上形成厚度為10μm的錫(Sn)以作為該第一金屬層12；然而，必須特別說明的是，對於本發明之多層結構之高溫焊料1而言，第一金屬層12之製程材料並不侷限於錫，其亦可為銀(Ag)或錫-銀之複合金屬。第二基板13上之第二金屬層14係用來作為擴散阻障層使用，其之製程材料可以為鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、或鈀(Pd)，且較佳地，如第一A圖與第一B圖所示，於本發明之中，其係形成有厚度為5μm的鎳，以作為該第二金屬層14。最後，本發明係形成具有低熔點特性的銦以作為第三金屬層15，並利用厚度為10μm的銦以作為固-液擴散接合之媒介。
請繼續地參閱第一A圖與第一B圖，並請同時參閱第二圖，其係為多層結構之高溫焊料的背向散射微結構影像圖。於上述本發明之多層結構之高溫焊料1的結構中，當第三金屬層15與第一金屬層12，經由操作溫度為300oC的迴焊製程而完成固-液擴散接合，並形成該介金屬層16之後，如第一B圖與第二圖所示，該介金屬層16內將會包含(Cu,Ni)6(Sn,In)5、Cu2In3Sn與Cu3(Sn,In)三種介金屬相(IMCs)。因此，藉由該介金屬相之生成，將可使得本發明之多層結構之高溫焊料1的熔點可高於300oC，或者，亦可使得該多層結構之高溫焊料1之熔點範圍介於240oC~270oC之間。(熔點控制係與該多層結構之高溫焊料之製造方法有關，故，本發明的多層結構之高溫焊料的熔點控制方式，將於完整說明其製造方法之後，再透過各種實驗資料之輔助來加以說明。)
在上述說明中已完整介紹關於本發明的多層結構之高溫焊料的基本結構，接著，下文中將繼續說明本發明所提出的一種多層結構之高溫焊料的製造方法，請參閱第三A圖與第三B圖，其係為本發明的一種多層結構之高溫焊料的製造方法流程圖。如第三A圖與第三B圖所示，本發明之多層結構之高溫焊料的製造方法係包括以下步驟(下述所提及之元件編號請參閱第一A圖與第一B圖所繪製之該多層結構之高溫焊料1)：首先，該製造方法係將二第一基板11與一第二基板13之表面加以研磨(301)。於步驟(301)之中，該第一基板11與該第二基板13係分別為厚度1mm與厚度為50μm的銅基板，並且，在研磨第一基板11與第二基板13之表面時，係依序地使用號數為800、號數為1200、號數為2400、與號數為4000之砂紙，來研磨第一基板11與第二基板13之表面。在完成步驟(301)之後，接著進行步驟(302)，並將該二第一基板11與該第二基板13之表面加以拋光，並且，當拋光第一基板11與第二基板13之表面時，於步驟(302)之中，係依序地使用顆粒大小為1.0μm與顆粒大小0.3μm的鋁粉，來拋光第一基板11與第二基板13之表面。
該製造方法接著進行步驟(303)，並將第一基板11與第二基板13置入一超音波震盪機內，以進行水洗。然後，執行步驟(304)，並使用一鹼液來將第一基板11與第二基板13進行鹼洗，以去除油漬；其中，該鹼液為濃度25%的氨水。在完成步驟(304)之後，該製造方法繼續進行步驟(305)，並使用一酸液來將第一基板11與第二基板13加以酸洗，以去除金屬雜質，且該酸液為濃度10%的鹽酸。之後，則進行步驟(306)，水洗第一基板11與第二基板13，以洗淨殘留的該酸液與該鹼液。
當完成第一基板11與第二基板13之表面清洗作業後，則可進行步驟(307)，並將該二第一基板11置入一第一金屬電鍍液內，且於第一基板11之表面電鍍形成一第一金屬層12。由於該第一金屬電鍍液為形成該第一金屬層12之原料，故，第一金屬電鍍液較佳地可為錫電鍍液、銀電鍍液或錫-銀之複合金屬電鍍液；並且，最佳地，於本發明之多層結構之高溫焊料的製造方法中，其係選用錫電鍍液以作為第一金屬電鍍液，以將錫金屬層電鍍形成於第一基板11(銅基板)之表面上。
該製造方法係接著執行步驟(308)，將第二基板13置入一第二金屬電鍍液內，並於第一基板11之表面電鍍形成一第二金屬層14。由於第二金屬層14係用來作為擴散阻障層使用，故該第二金屬電鍍液較佳地可為鎳電鍍液、鎢電鍍液、鉬電鍍液、或鈀電鍍液；並且，於此一具體實施例之製造方法中，係選用鎳電鍍液以作為第二金屬電鍍液，以於第一基板11之表面電鍍形成鎳金屬層。然後，繼續進行步驟(309)，並將第二基板13置入一第三金屬電鍍液內，並於第一基板11之第二金屬層14的表面上，電鍍形成一第三金屬層15，其中，由於第三金屬層15必須為具有低熔點特性之金屬層，故於此一具體實施例之製造方法中，係選用銦電鍍液以作為該第三金屬電鍍液，以進一步於第一基板11之表面，電鍍形成銦金屬層。
完成第一基板11與第二基板13之表面金屬層之電鍍之後，此一具體例本發明之製造方法則繼續進行步驟(310)，將該二第一基板11以其電鍍有第一金屬層12之表面，疊合於該第二基板13之第三金屬層15之上。接著，進行步驟(311)，並藉由一固-液擴散接合之方式，以使得第三金屬層15與第一金屬層12，共同形成具有至少一介金屬相的一介金屬層。於此，必須特別說明的是，第三金屬層15與第一金屬層12之固-液擴散接合作用，係較佳地藉由一迴焊製程所促成。最後，則進行步驟(312)，對第一基板11與第二基板13進行一時效熱處理。其中，該時效熱處理指的是將第一基板11與該第二基板13置於一特定溫度的環境下並分別經過50小時、100小時、200小時、400小時、800小時、1000小時、與1500小時。
如此，上述已經完整說明本發明所提出之多層結構之高溫焊料及其製造方法，另外，為了證明經由本發明所提出的多層結構的高溫焊料之製造方法，所製造的多層結構高溫焊料之效能，以下將以多組實驗數據來加以說明(於閱讀下列說明之時，請同時參照第一A圖與第一B圖)。
請參閱第四圖，其係為多層結構之高溫焊料的第二背向散射微結構影像圖，其中，如第四圖所示之多層結構之高溫焊料，其係為第三金屬層(In)15與第一金屬層(Sn)12，經由在操作溫度為200oC下的迴焊製程而完成之固-液擴散接合所構成。如第四圖所示，經過溫度為200oC的迴焊製程後，第三金屬層(In)15與第一金屬層(Sn)12所形成的介金屬層16，係包含有(Cu,Ni)6(Sn,In)5、Cu2In3Sn與(Ni,Cu)3(Sn,In)4三種介金屬相(IMCs)；並且，在將該多層結構之高溫焊料1置於100oC的環境下，並分別經過50小時、100小時、200小時、400小時、800小時、1000小時、與1500小時的時效熱處理之後，結果亦發現，於介金屬層16之中，(Cu,Ni)6(Sn,In)5所佔面積與Cu2In3Sn所佔面積係由6:1降至1.5:1。
請參閱第五圖，其係為多層結構之高溫焊料的第三背向散射微結構影像圖，其中，第五圖所示之多層結構的高溫焊料，其係第三金屬層(In)15與第一金屬層(Sn)12，在經由操作溫度240oC的迴焊製程所完成之固-液擴散接合所構成。如第五圖所示，經過溫度240oC的迴焊製程後，第三金屬層(In)15與第一金屬層(Sn)12所形成的介金屬層16係僅包含(Cu,Ni)6(Sn,In)5與Cu2In3Sn與兩種介金屬相(IMCs)；並且，將該多層結構之高溫焊料1置於100oC的環境下並分別經過50小時、100小時、200小時、400小時、800小時、1000小時、與1500小時的時效熱處理之後，同樣地，結果亦發現，於介金屬層16之中，Cu2In3Sn所佔面積係逐漸擴大，並使得(Cu,Ni)6(Sn,In)5所佔面積與與Cu2In3Sn所佔面積由2.2:1降至1:1。
最後，請重複參閱第二圖，其中，第二圖所示之多層結構之高溫焊料，其係為第三金屬層(In)15與第一金屬層(Sn)12經由操作溫度為300oC的迴焊製程，所完成之固-液擴散接合所構成。如第二圖所示，在經過溫度為300oC的迴焊製程後，第三金屬層(In)15與第一金屬層(Sn)12所形成的介金屬層16，係包含有(Cu,Ni)6(Sn,In)5、Cu2In3Sn與Cu3(Sn,In)三種介金屬相(IMCs)；並且，將該多層結構之高溫焊料1置於100oC的環境下，並分別經過50小時、100小時、200小時、400小時、800小時、1000小時、與1500小時的時效熱處理之後，結果亦可發現，不同於前述經由操作溫度為200oC與240oC的迴焊製程，所完成固-液擴散接合所構成之多層結構之高溫焊料，經由操作溫度為300oC的迴焊製程所製成的多層結構之高溫焊料，其之介金屬層16內所含有的(Cu,Ni)6(Sn,In)5與Cu2In3Sn之所佔面積比例並不會隨著時效熱處理之時間而有太大的改變。
因此，總結前述之實驗數據與結果，可以得知，經由操作溫度為300oC的迴焊製程所製成的多層結構之高溫焊料，係比較適合作為傳統高溫含鉛焊料之替代焊料，原因在於其介金屬層16內含有較多的(Cu,Ni)6(Sn,In)5與Cu3(Sn,In)介金屬相，並可使得多層結構之高溫焊料的熔點高於300oC。另外，經由操作溫度為200oC與240oC的迴焊製程，所完成之固-液擴散接合所構成之多層結構之高溫焊料，該兩者亦可用以作為傳統低溫含鉛焊料之替代焊料。
如此，藉由上述之詳細說明，使得本發明之多層結構之高溫焊料及其製造方法皆已被完整且清楚地揭露，並且，經由上述，可得知本發明係具有下列之優點：
1.本發明主要係藉由將銦/鎳/銅/鎳/銦之多層結構與錫/銅結構於300oC操作溫度下進行迴焊，並進而形成銅/介金屬層/鎳/銅/鎳/介金屬層/銅之多層結構，並利用介金屬層所含有之(Cu,Ni)6(Sn,In)5與Cu3(Sn,In)介金屬相，來提升多層結構之高溫焊料的熔點，並使得其之熔點可高於300oC，進而使其適合作為傳統高溫含鉛焊料之替代焊料。
2.本發明亦可係藉由將銦/鎳/銅/鎳/銦之多層結構與錫/銅結構於200oC或240oC的操作溫度下進行迴焊，並進而形成銅/介金屬層/鎳/銅/鎳/介金屬層/銅之多層結構，並利用介金屬層所含有之介金屬相的不同組成，以改變多層結構焊料之熔點，進而使得多層結構焊料可適合作為傳統含鉛焊料之替代焊料。
上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1．．．多層結構之高溫焊料
11．．．第一基板
12．．．第一金屬層
13．．．第二基板
14．．．第二金屬層
15．．．第三金屬層
16．．．介金屬層
301~307．．．方法步驟
308~312．．．方法步驟
第一A圖與第一B圖　係本發明之一種多層結構之高溫焊料之結構示意圖；
第二圖　係多層結構之高溫焊料的背向散射微結構影像圖；
第三A圖與第三B圖　係本發明之一種多層結構之高溫焊料的製造方法流程圖；
第四圖　係多層結構之高溫焊料的第二背向散射微結構影像圖；以及
第五圖　係多層結構之高溫焊料的第三背向散射微結構影像圖。
1．．．多層結構之高溫焊料
11．．．第一基板
14．．．第二金屬層
13．．．第二基板
16．．．介金屬層

Claims (20)

  1. 一種多層結構之高溫焊料，係包括：至少一第一基板，其一表面係電鍍形成有一第一金屬層；以及一第二基板，其兩表面係依序地電鍍形成有一第二金屬層與一第三金屬層，其中該第二金屬層係用來作為一擴散阻障層；其中，該至少一第一基板係以其電鍍有該第一金屬層之表面疊合於該第二基板之該第三金屬層之上，並藉由一固-液擴散接合之方式使得第三金屬層與第一金屬層共同形成含有至少一介金屬相的一介金屬層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其中，該第一基板與該第二基板之製程材料為銅。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其中，該第一金屬層之製程材料可為下列任一種：錫(Sn)、銀(Ag)與錫-銀之複合金屬。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其中，該第二金屬層之製程材料可為下列任一種：鎳(Ni)、鎢(W)、鉬(Mo)、與鈀(Pd)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其中，該第三金屬層之製程材料為具有低熔點特性之銦。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其中，所述的固-液擴散接合係藉由一迴焊製程所促成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其具有高於400℃的熔點。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之多層結構之高溫焊料，其熔點範圍係介於240℃~270℃。
  9. 一種多層結構之高溫焊料之製造方法，係包括以下步驟：(1)研磨至少一第一基板與一第二基板之表面；(2)拋光該至少一第一基板與該第二基板之表面；(3)將第一基板與第二基板置入一超音波震盪機內，以進行水洗；(4)使用一鹼液鹼洗第一基板與第二基板，以去除油漬；(5)使用一酸液酸洗第一基板與第二基板，以去除金屬雜質；(6)水洗第一基板與第二基板，以洗淨殘留的該酸液與該鹼液；(7)將該至少一第一基板置入一第一金屬電鍍液內，並於第一基板之表面電鍍形成一第一金屬層；(8)將第二基板置入一第二金屬電鍍液內，並於第一基板之表面電鍍形成一第二金屬層；(9)將第二基板置入一第三金屬電鍍液內，並於該第二金屬層之表面上電鍍形成一第三金屬層；(10)將該至少一第一基板以其電鍍有該第一金屬層之表面疊合於該第二基板之該第三金屬層之上；(11)藉由一固-液擴散接合之方式使得第三金屬層與第一金屬層共同形成具有至少一介金屬相的一介金屬層；以及(12)對第一基板與第二基板進行一時效熱處理。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，該步驟(1)更包括以下詳細步驟：(11)使用號數800之砂紙研磨該至少一第一基板與該第二基板之表面；(12)使用號數1200之砂紙研磨該至少一第一基板與該第二基板之表面；(13)使用號數2400之砂紙研磨該至少一第一基板與該第二基板之表面；以及(14)使用號數4000之砂紙研磨該至少一第一基板與該第二基板之表面。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，該步驟(2)更包括以下詳細步驟：(21)使用顆粒大小1.0μm的鋁粉拋光該至少一第一基板與該第二基板之表面；以及(22)使用顆粒大小0.3μm的鋁粉拋光該至少一第一基板與該第二基板之表面。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(4)所述之該鹼液為濃度25%的氨水。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(5)所述之該酸液為濃度10%的鹽酸。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，該第一基板為銅基板。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，該第二基板為銅基板。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(7)所述之第一金屬電鍍液可為下列任一種：錫電鍍液、銀電鍍液與錫-銀之複合金屬電鍍液。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(8)所述之第二金屬電鍍液可為下列任一種：鎳電鍍液、鎢電鍍液、鉬電鍍液、與鈀電鍍液。
  18. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(9)所述之第三金屬電鍍液為銦電鍍液。
  19. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(11)所述之固-液擴散接合係藉由一迴焊製程所促成。
  20. 如申請專利範圍第9項所述之多層結構之高溫焊料之製造方法，其中，步驟(12)所述之時效熱處理，係將該第一基板與該第二基板置於一特定溫度的環境下並分別經過50小時、100小時、200小時、400小時、800小時、1000小時、與1500小時。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103386403B (zh) * 2013-07-11 2015-11-04 杭州华光焊接新材料股份有限公司 一种棒状钎料清洗方法及清洗装置
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Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5025387B2 (ja) * 2007-08-24 2012-09-12 株式会社神戸製鋼所 接続部品用導電材料及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104668806A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 日立金属株式会社 焊锡接合材料及其制造方法
CN104668806B (zh) * 2013-11-29 2017-12-26 日立金属株式会社 焊锡接合材料及其制造方法

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