TW201542830A - 包含鋅作為主成份及鋁作為合金金屬之無鉛共晶焊料合金 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種包含鋅(Zn)作為主成份及鋁(Al)作為合金金屬之無鉛焊料合金，其中該焊料合金係具有在320至390℃範圍中之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率測得)的共晶。

Description

包含鋅作為主成份及鋁作為合金金屬之無鉛共晶焊料合金
本發明係關於包括鋅(Zn)作為主成份及鋁(Al)作為合金金屬之無鉛共晶焊料合金。本發明亦關於該無鉛共晶焊料合金之用途。
由環境及健康問題推動之法規亦推動由無鉛替代品替代含鉛焊料合金。然而，替代焊料合金之熔融溫度，或更精確而言，其固相線溫度必須足夠高，尤其係就其中成品焊料接頭經歷高溫之應用而言，由於該情況可在隨後處理步驟中及/或者在現場條件下。例如，在晶粒附著應用中，需要該焊料合金之熔融溫度在280至400℃之範圍。
US 2013/0045131 A1揭示包括82至96重量%(重量%)鋅、3至15重量%鋁、0.5至1.5重量%鎂及0.5至1.5重量%鎵之無鉛鋅基焊料組合物。
JP 2000208533 A揭示2至9重量%鋁、0.01至0.5重量%鎂、2至9重量%鍺及其餘為鋅及不可避免雜質之無鉛鋅基晶粒接合合金。
US 2012/0313230 A1主張若干無鉛鋅基焊料合金，一者具有8至20重量%鋁、0.5至20重量%鎂及0.5至20重量%鎵，另一者具有1至30重量%鋁、0.5至20重量%鎂及0.5至6.5重量%錫及亦一者具有1至30重量%鋁、0.5至20重量%鍺及0.5至20重量%鎵，在各個情況下合金之其餘部分包括鋅。
JP 2012228729 A揭示無鉛鋅基焊料合金，其包括0.01至9.0重量%鋁、在0.01至8.0重量%鍺、0.01至5.0重量%鎂、0.1至4.0重量%銀、及至多0.5重量%磷之範圍內之鍺、鎂、銀及磷中至少一者；及其餘為鋅及不可避免之雜質。
JP 11207487 A揭示無鉛鋅基焊料合金，其由1至7重量%鋁、0.5至6重量%鎂、1至25重量%錫、及其餘為鋅與不可避免雜質組成。
US 2013/0251587 A1主張無鉛鋅基焊料合金，其由1.0至9.0重量%鋁、0.002至0.8重量%磷、0.3至3重量%鍺及其餘為鋅與不可避免雜質組成。
需要尋找改良之無鉛焊料合金。
本發明係關於包括鋅(Zn)作為主成份及鋁(Al)作為合金金屬之無鉛共晶焊料合金。其共晶溫度(由單一熔點表示)位於320至390℃之範圍內(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
本文使用之略語「DSC」意指示差掃描熱量測定法。
已發現本發明之無鉛共晶焊料合金可用作焊料金屬或用於焊料組合物中，特定而言用於電子及微電子領域。
由包括本發明之無鉛共晶焊料合金或由本發明之無鉛共晶焊料合金組成的焊料組合物製成之焊料接頭顯示驚人改良之熱特性、微結構特性及可靠性。此等特性導致使用此等合金製成之產品的較佳性能。
在第一實施例中，本發明之無鉛共晶焊料合金包括3.8至4.0重量%鋁(Al)及2.2至2.25重量%鎂(Mg)。
在第一實施例之第一替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由3.8重量%鋁(Al)、2.2重量%鎂(Mg)、共0至0.5總重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示350℃之單一熔點 (藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第一實施例之第二替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由3.8重量%鋁(Al)、2.2重量%鎂(Mg)、5重量%錫(Sn)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示339℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第一實施例之第三替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由3.8重量%鋁(Al)、2.2重量%鎂(Mg)、6重量%錫(Sn)、2重量%銀(Ag)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示340℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第一實施例之第四替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由4.0重量%鋁(Al)、2.25重量%鎂(Mg)、5.85重量%銀(Ag)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示352℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第二實施例中，該無鉛共晶焊料合金包括6.0重量%鋁(Al)及6.0至7.2重量%鍺(Ge)。
在第二實施例之第一替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由6.0重量%鋁(Al)、6.5重量%鍺(Ge)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示368℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第二實施例之第二替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由6.0重量%鋁(Al)、7.2重量%鍺(Ge)、共0至0.5重量%之一或多種摻雜元素 選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示361℃之單一熔點(藉由DSC在加熱速率5℃ min-1下測得)。
在第二實施例之第三替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由6.0重量%鋁(Al)、6.0重量%鍺(Ge)、2.0重量%銅(Cu)、1.25重量%錫(Sn)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示358℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第三實施例中，該無鉛共晶焊料合金由8.0重量%鋁(Al)、2.4重量%銅(Cu)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示389℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第四實施例中，該無鉛共晶焊料合金由7.6重量%鋁(Al)、2.0重量%銀(Ag)、2.0重量%銅(Cu)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示390℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第五實施例中，該無鉛共晶焊料合金由3.8重量%鋁(Al)、3.28重量%鎂(Mg)、7重量%錫(Sn)、2.42重量%銀(Ag)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示341℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第六實施例中，該無鉛共晶焊料合金由3.6重量%鋁(Al)、3.1重量%鎂(Mg)、7重量%錫(Sn)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷 (P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示343℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第七實施例中，本發明之無鉛共晶焊料合金包括4.8至5.0重量%鋁(Al)、0.35至0.5重量%鎂(Mg)及0.5至1.0重量%鍺(Ge)。
在第七實施例之第一替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由5.0重量%鋁(Al)、0.35重量%鎂(Mg)、1.0重量%鍺(Ge)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示375℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第七實施例之第二替代實施例中，該無鉛共晶焊料合金由4.8重量%鋁(Al)、0.45重量%鎂(Mg)、1.0重量%鍺(Ge)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示380℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
在第八實施例中，該無鉛共晶焊料合金由6重量%鋁(Al)、6.5重量%鍺(Ge)、1.7重量%銅(Cu)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。該合金顯示358℃之單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)。
本文使用短語「鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%」。其應意指鋅在各別無鉛共晶焊料合金中係主成份，如上文已敘述。為避免誤解，上述語句不應理解為排除其他元素，其由於常規技術條件已經發現其進入本發明無鉛共晶焊料合金之途徑，例如，作為在製造期間無意但不可避免併入的後果。換言之，此其他元素可作為不可避免之雜質存在於該無鉛共晶焊料合金，然而僅以非常微少之量，例如，>0 至0.05重量%。在任何情況下，此等不可避免之雜質並非有意添加或引入至該合金形成組合物。在此範圍內，短語「鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%」意指補足該合金100重量%所缺失之重量%比例由鋅加上該等不可避免雜質組成，若後者存在。
本發明之無鉛共晶焊料合金可藉由熟習金屬合金技術者已知之習知方法製備，例如，藉由將鋅、鋁及其他必須成份熔融在一起。可使用感應電爐及最好在真空或惰性氣體氛圍下工作。使用之材料可具有例如99.99重量%及以上純度級別。該金屬合金熔融物通常在室溫模具中澆鑄，在此模具中其冷卻及固化。
本發明之無鉛共晶焊料合金可直接(即，作為此金屬形式)使用作焊料合金。然而，從實務角度考慮，其必須作為適用於預定焊接作業之形式。適宜形式之實例包括焊料絲、焊料桿、焊料粉末及焊料預成型坯。
本發明之無鉛共晶焊料合金亦可在焊料組合物中用作金屬合金組分，特定而言，作為在焊料組合物中之唯一金屬合金組分。焊料組合物之實例包括具有助焊劑之焊料膏及焊料絲。
本發明之無鉛共晶焊料合金或包括本發明無鉛共晶焊料合金之焊料組合物可用於包括機械連接及電子或微電子應用之眾多應用。例如，本發明之無鉛共晶焊料合金可在機械連接中用作硬焊合金。其亦可用於電子及微電子應用。包括本發明無鉛共晶焊料合金之焊料組合物可特定而言用於電子或微電子應用。電子或微電子應用之實例包括將晶圓晶粒附著於引線框、將封裝晶粒附著於散熱器或將引線焊接至印刷電路板。
當使用本發明之無鉛共晶焊料合金(不管是否直接用作焊料金屬或如上文提及以焊料組合物之形式)進行焊接作業(特定而言電子或微電子焊接作業)時，最好藉由施加超音波能於所施加及熔融之無鉛共 晶焊料合金來支持焊接過程。此超音波能之應用可有助於防止在焊料中形成孔隙及有助於形成就均勻焊料層厚度及焊料形成形狀而言而不論不一致之焊料點定位之一致焊料接頭。
實例
製備具有以下重量%組成(鋅作為其餘部分)之共晶鋅基合金1至3：
1. Zn2.2Mg3.8Al
2. Zn6Al7.2Ge
3. Zn0.35Mg5Al1Ge
為此，根據其需要之重量百分數稱量99.99%純度之原始材料及放置於石墨坩堝。該石墨坩堝放置在密閉室中之感應電爐中。該室經真空化以從室中清除空氣。隨後使用氬氣淨化，然後電爐開始熔化材料。平均升溫斜率係5℃/sec及進行加熱直至鋅完全熔化。出於均勻化之目的，感應電爐允許施加溫和攪拌於熔融物。在1小時後將各個該合金澆鑄成48mm直徑之坯中。將該坯直接擠出為0.76mm直徑實心絲及隨後由自動絡筒機纏繞。
藉由DSC(示差掃描量熱法)在5℃ min-1之加熱速率下分析該等合金之熔融行為。藉由具有EDS(能量分散式光譜)之SEM(掃描式電子顯微鏡)分析微結構及藉由XRD(X射線繞射)測定相。
α/η=不同結構相
HCP=六角密堆積
FCC=面心立方
該等合金各者顯示在DSC曲線中之單一熔點(相同固相線溫度及液相線溫度)及由此認為係共晶合金。
該等合金顯示與習知Pb基合金相比相似或更佳的電導率及與Pb基及Sn基合金相比例外的電導率(比較下表)。使用NanoFlash雷射熱導率裝置對具有13mm直徑之3mm厚樣品測定熱導率。根據ASTM E1008-09標準對20mm直徑之70mm長桿測定電導率。
該等共晶合金之低且單一熔點藉由允許較低製程溫度顯示在製程應用中的優點。其亦不趨於通常在非共晶合金觀察到之微結構變粗或收縮孔隙。
該等合金絲各者用於使用軟焊料絲分配器(Besi晶粒連接器Esec 2009 fS E )，將具有銀接觸表面之3.1mm×3.1mm的0.4mm薄碳化矽晶粒焊接固定至鍍Ni引線框(JEDEC標準TO-220)。使用來自Besi之可程式化超音波模組(PUM)支持焊接。
使用CSAM(C模式掃描聲學顯微鏡)，使用具有110MHz頻率之Sonic Echo LS脈衝回聲，分析如此組裝之樣品的孔隙分類。藉由使用Struers TegraForce-5研磨及拋光直至1μm菱形來製備金屬相樣品。
使用Olympus GX51反向光學顯微鏡研究微結構。使用來自Carl Zeiss之Ultra Plus FE-SEM進行掃描式電子顯微鏡/能量分散式X射線光譜(SEM/EDX)分析。
藉由進行高溫儲存測試(HTS)來測試焊接樣品之可靠性。將該樣品維持在245℃直至500小時。評定標準係基於在0、及每250小時之DC電連接性(RDSON)。
根據標準JESD22-A104D，條件C，使焊接樣品經歷熱循環測試。評定標準係基於在0、及每250個循環之DC電連接性(RDSON)。
根據標準JEDEC-STD-22-A102-A，121℃，100%RH，2atm，使焊接樣品經歷壓力鍋測試。評定標準係基於層離之C-SAM。
基於JES22-A113-D，在85℃/85%RH條件下持續168小時+3x回焊，260℃，使焊接樣品經歷水分敏感性1級測試。評定標準係基於前後之DC電連接性(RDSON)。
基於JESD22-A110B，130℃/85%/96小時，使焊接樣品經歷無偏壓HAST(高加速溫度及濕度應力測試)。評定標準係基於前後之DC電連接性(RDSON)。
測試結果匯總在下表中。

Claims (24)

  1. 一種包括鋅(Zn)作為主成份及鋁(Al)作為合金金屬之無鉛焊料合金，其中該焊料合金係具有在320至390℃範圍中單一熔點(藉由DSC在5℃ min-1之加熱速率下測得)之共晶。
  2. 如請求項1之無鉛焊料合金，其包括3.8至4.0重量%鋁(Al)及2.2至2.25重量%鎂(Mg)。
  3. 如請求項2之無鉛焊料合金，其由3.8重量%鋁(Al)、2.2重量%鎂(Mg)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  4. 如請求項2之無鉛焊料合金，其由3.8重量%鋁(Al)、2.2重量%鎂(Mg)、5重量%錫(Sn)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  5. 如請求項2之無鉛焊料合金，其由3.8重量%鋁(Al)、2.2重量%鎂(Mg)、6重量%錫(Sn)、2重量%銀(Ag)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  6. 如請求項2之無鉛焊料合金，其由4.0重量%鋁(Al)、2.25重量%鎂(Mg)、5.85重量%銀(Ag)及共0至0.5重量%之一或多種選自鍺(Ge)、磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  7. 如請求項1之無鉛焊料合金，其包括6.0重量%鋁(Al)及6至7.2重量%鍺(Ge)。
  8. 如請求項7之無鉛焊料合金，其由6.0重量%鋁(Al)、6.5重量%鍺 (Ge)及共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  9. 如請求項7之無鉛焊料合金，其由6.0重量%鋁(Al)、7.2重量%鍺(Ge)及共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  10. 如請求項7之無鉛焊料合金，其由6.0重量%鋁(Al)、6.0重量%鍺(Ge)、2.0重量%銅(Cu)、1.25重量%錫(Sn)及共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  11. 如請求項1之無鉛焊料合金，其由8.0重量%鋁(Al)、2.4重量%銅(Cu)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  12. 如請求項1之無鉛焊料合金，其由7.6重量%鋁(Al)、2.0重量%銀(Ag)、2.0重量%銅(Cu)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  13. 如請求項1之無鉛焊料合金，其由3.8重量%鋁(Al)、3.28重量%鎂(Mg)、7重量%錫(Sn)、2.42重量%銀(Ag)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  14. 如請求項1之無鉛焊料合金，其由3.6重量%鋁(Al)、3.1重量%鎂(Mg)、7重量%錫(Sn)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部 分補足100重量%組成。
  15. 如請求項1之無鉛焊料合金，其包括4.8至5.0重量%鋁(Al)、0.35至0.5重量%鎂(Mg)及0.5至1.0重量%鍺(Ge)。
  16. 如請求項15之無鉛焊料合金，其由5.0重量%鋁(Al)、0.35重量%鎂(Mg)、1.0重量%鍺(Ge)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  17. 如請求項15之無鉛焊料合金，其由4.8重量%鋁(Al)、0.45重量%鎂(Mg)、1.0重量%鍺(Ge)、共0至0.5重量%之一或多種選自鍺磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  18. 如請求項1之無鉛焊料合金，其由6重量%鋁(Al)、6.5重量%鍺(Ge)、1.7重量%銅(Cu)、共0至0.5重量%之一或多種選自磷(P)、鎳(Ni)、鉍(Bi)、銻(Sb)及矽(Si)之摻雜元素、及鋅(Zn)作為其餘部分補足100重量%組成。
  19. 一種如請求項1至18中任一項之無鉛焊料合金之用途，其作為焊料金屬以選自由下列組成之群之形式存在：焊料絲、焊料桿、焊料粉末及焊料預成型坯。
  20. 一種如請求項1至18中任一項之無鉛焊料合金之用途，其作為選自由下列組成之群之焊料組合物中之組分：具有助焊劑之焊料膏及焊料絲。
  21. 一種以選自由焊料絲、焊料桿、焊料粉末及焊料預成型坯組成之群之形式存在的焊料金屬，其中該金屬係如請求項1至18中任一項之無鉛焊料合金。
  22. 一種選自由具有助焊劑之焊料膏及焊料絲組成之群的焊料組合物，其中該焊料組合物包括如請求項1至18中任一項之無鉛焊料 合金作為組分。
  23. 一種如請求項21之焊料金屬之用途，其用於機械連接或用於電子或微電子應用中。
  24. 一種如請求項22之焊料組合物之用途，其用於機械連接或用於電子或微電子應用中。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI713556B (zh) 2015-07-24 2020-12-21 光澄科技股份有限公司 半導體光吸收結構及光吸收裝置
US10644187B2 (en) * 2015-07-24 2020-05-05 Artilux, Inc. Multi-wafer based light absorption apparatus and applications thereof
CN106808116A (zh) * 2017-03-24 2017-06-09 南昌专腾科技有限公司 一种锌基软钎焊料的制备系统及方法
US11842974B2 (en) * 2017-05-12 2023-12-12 Alpha Assembly Solutions Inc. Solder material and method for die attachment
US10711330B2 (en) * 2017-10-24 2020-07-14 GM Global Technology Operations LLC Corrosion-resistant magnesium-aluminum alloys including germanium
CN109894769B (zh) * 2019-03-28 2021-09-24 福建工程学院 一种高抗蠕变性的锌锡基无铅钎料及其制备方法
CN111230357B (zh) * 2020-03-23 2021-09-14 东北石油大学 一种用于铝合金的Zn基非晶钎料箔及其制备方法
CN111545948B (zh) * 2020-05-18 2021-12-07 河南机电职业学院 钎料合金、钎料及其制备方法和应用以及制得的钎焊产品
CN112894191B (zh) * 2021-01-19 2022-06-21 郑州大学 一种铜板与铝板搭接钎焊用带状钎料及其制备方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1173770B (de) 1959-11-23 1964-07-09 Egyesuelt Izzolampa Verfahren zum Befestigen einer Stromzufuehrung am Sockel von vakuumtechnischen Erzeugnissen
JPS62173095A (ja) 1986-01-24 1987-07-29 Showa Alum Corp はんだ付用板材
JPH11172353A (ja) * 1997-12-04 1999-06-29 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 高温はんだ付用Ｚｎ合金
JP3835582B2 (ja) * 1998-01-26 2006-10-18 住友金属鉱山株式会社 高温はんだ付用Ｚｎ合金
JP3850135B2 (ja) * 1998-04-02 2006-11-29 住友金属鉱山株式会社 高温はんだ付用Ｚｎ合金
JP3945915B2 (ja) * 1998-08-25 2007-07-18 住友金属鉱山株式会社 はんだ用Ｚｎ合金
JP4022013B2 (ja) 1999-01-14 2007-12-12 住友金属鉱山株式会社 ダイボンディング用Ｚｎ合金
TW516984B (en) * 1999-12-28 2003-01-11 Toshiba Corp Solder material, device using the same and manufacturing process thereof
JP3800977B2 (ja) 2001-04-11 2006-07-26 株式会社日立製作所 Ｚｎ−Ａｌ系はんだを用いた製品
JP3757881B2 (ja) 2002-03-08 2006-03-22 株式会社日立製作所 はんだ
JP2004358540A (ja) 2003-06-06 2004-12-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 高温ろう材
EP2216846A1 (de) * 2009-01-28 2010-08-11 Micronas GmbH Brennstoffzelle Verfahren zum Herstellen einer solchen
JP2011235314A (ja) 2010-05-11 2011-11-24 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Ｚｎを主成分とするＰｂフリーはんだ合金
JP2011251332A (ja) * 2010-06-04 2011-12-15 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Ａｌ粉を用いた高温Ｐｂフリーはんだペースト
JP5206779B2 (ja) 2010-12-08 2013-06-12 住友金属鉱山株式会社 Ｚｎを主成分とするＰｂフリーはんだ合金
JP2012183558A (ja) * 2011-03-07 2012-09-27 Nihon Superior Co Ltd 鉛フリーはんだ合金及びそれを用いたはんだ継手
JP5672132B2 (ja) * 2011-04-27 2015-02-18 住友金属鉱山株式会社 Ｚｎを主成分とするＰｂフリーはんだ合金およびその製造方法
US9735126B2 (en) * 2011-06-07 2017-08-15 Infineon Technologies Ag Solder alloys and arrangements
JP5675525B2 (ja) * 2011-07-28 2015-02-25 日産自動車株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
US20130045131A1 (en) 2011-08-17 2013-02-21 Honeywell International Inc. Lead-Free Solder Compositions
JP2013052433A (ja) * 2011-09-06 2013-03-21 Sumitomo Metal Mining Co Ltd ＰｂフリーＺｎ系はんだ合金
JPWO2014203425A1 (ja) * 2013-06-20 2017-02-23 三菱電機株式会社 Ｚｎ系鉛フリーはんだおよび半導体パワーモジュール
CN103602855B (zh) * 2013-11-22 2015-09-30 惠州市源宝精密五金压铸有限公司 高韧性高延展性锌合金及其加工方法
CN103639615A (zh) 2013-11-28 2014-03-19 青岛蓝图文化传播有限公司市南分公司 一种空调用钎焊焊料及钎剂
CN103934590B (zh) 2014-04-13 2016-08-17 北京工业大学 一种ZnAlMgIn高温无铅钎料

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