MEMS器件3D封装互连钎料.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106392365A(43)申请公布日2017.02.15(21)申请号201610994633.8(22)申请日2016.11.11(71)申请人江苏师范大学地址221116江苏省徐州市贾汪区育才路2号(72)发明人张亮刘志权郭永环吉予彤龙伟民钟素娟(74)专利代理机构徐州市三联专利事务所32220代理人周爱芳(51)Int.Cl.B23K35/26(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称MEMS器件3D封装互连钎料(57)摘要本发明公开了一种用于MEMS器件3D封装互连钎料，属于MEMS互连钎料领域。该互连钎料的纳米Ag含量为0.01～4.0％，纳米Al含量为0.01～0.8％，纳米Zn颗粒含量为6～10％，Ni修饰碳纳米管为0.5～3.0％，其余为Sn。使用Sn颗粒、纳米Ag颗粒、纳米Al颗粒、纳米Zn颗粒，Ni修饰碳纳米管，预先将Sn和纳米Zn混合均匀，然后加热熔化，最后加入纳米Ag颗粒、纳米Al颗粒和Ni修饰碳纳米管，采用中频炉进行冶炼互连材料，钎料熔化中采用熔盐防止钎料氧化，然后浇铸成棒材，然后通过挤压、拉拔即得到所需要的钎料丝材。也可将颗粒直接混合钎剂制备成焊膏使用。本互连钎料具有较高的性能，可用于MEMS器件的互连。CN106392365ACN106392365A权利要求书1/1页1.一种用于MEMS器件3D封装互连钎料，其特征在于：其成分及质量百分比为：纳米Ag含量为0.01～4.0％，纳米Al含量为0.01～0.8％，纳米Zn颗粒含量为6～10％，Ni修饰碳纳米管为0.5～3.0％，其余为Sn。2CN106392365A说明书1/5页MEMS器件3D封装互连钎料技术领域[0001]本发明涉及一种用于MEMS器件3D封装互连钎料，属于MEMS互连钎料领域。本互连钎料主要用于MEMS一类电子器件高可靠性需求的领域，是一种具有高性能的新型互连钎料。背景技术[0002]微系统或微电子机械系统(MEMS)是20世纪80年代末发展起来的一种新兴技术，结合了机械可动结构和大规模、低成本微电子加工的优点,在微小尺度上实现了与外界电、热、光、声、磁、流信号的相互作用。其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。因此在MEMS封装过程中的互连焊点的尺寸也更为细小，由于焊点数量众多，单一焊点的失效直接会导致MEMS器件的失效，因此焊点的高可靠性成为MEMS封装中较为关键的环节。[0003]SnPb钎料是一种传统的互连材料，由于其较低的熔化温度和较高的可靠性成为业界最为关注的互连材料，但是Pb毒性引起了国际社会的广为关注，欧盟、美国、日本和中国纷纷出台政策禁止Pb的应用。在传统的SnPb钎料替代的研究中，SnAgCu、SnAg、SnCu、SnZn和SnBi五个钎料系成为业界研究者关注的焦点，SnZn钎料的熔化温度和传统的SnPb钎料最为接近，对于SnZn钎料而言，在进行大尺寸的互连焊点时，焊点的性能能够满足一般电子器件的使用要求，但是对于MEMS一类器件而言，焊点的尺寸较小，焊点在服役期间出现抗蠕变性能较低、金属间化合物厚度较大等缺点，直接降低了焊点的可靠性，因此有必要针对MEMS一类器件研究新型的SnZn基钎料满足MEMS器件封装工艺互连性能。[0004]为了促进无铅钎料的性能，达到一定程度的改性，国际研究者主要采取添加合金元素的方法，例如Cu、Pr、Ce、Nd、Ga等。[0005]国外比较代表性的专利为：美国专利US20060204397A1，通过优化Sn、(6～10％)Zn、(0.0015～0.03％)Mg、(0.001～0.006％)Al的含量，可以提高无铅钎料的润湿性和抗氧化性，对于Mg最高添加量为0.003％，最低添加量为0.0015％，Al最高添加量为0.006％，最低添加量为0.001％，这无疑给钎料的制备工艺带来巨大的困难，难以控制添加元素的痕量。中国比较有代表性的专利为：(6.0～10.5％)Zn，(0.05～0.5％)Pr，(0.005～0.05％)Ga,(0.001～0.01％)Te,其余为Sn[中国专利：ZL201210346558.6]，该专利通过添加一定量的Pr、Ga、Te、Zn，优化Sn、Pr、Ga、Te、Zn含量，可以获得良好的润湿性能和焊点(钎缝)力学性能。但是由于钎料中添加一定量的稀土元素Pr，并且最高含量达到0.5％，目前已有的文献证明0.5％的稀土元素足以引起在钎料或者焊点表面生长锡须，导致器件相邻引脚短路的危险，因此对于含稀土SnZn系钎料的应用存在明显的局限性。发明内容[0006]本发明提供一种MEMS器件3D封装互连钎料，本发明采用Sn颗粒、纳米Ag颗粒、纳米Al