一種高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于各種類型的半導(dǎo)體器件可靠封裝的高純銦復(fù)合焊料，以及該焊料的制備方法，屬于焊料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二十世紀(jì)70年代，半導(dǎo)體激光器室溫連續(xù)震蕩的成功和低損耗光纖的實現(xiàn)拉開了光電子時代的序幕。半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、易于調(diào)制及價格低廉等優(yōu)點，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]半導(dǎo)體器件的溫度耐受性較低，封裝時焊料的熔融溫度要低于半導(dǎo)體器件的最高耐受溫度。因此半導(dǎo)體封裝常用銦(In)等低熔點軟焊料。高純銦焊料具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，能與半導(dǎo)體芯片形成良好的歐姆接觸，同時具有優(yōu)越的塑性加工性能，能有效緩解因熱膨脹系數(shù)差異而形成的材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力。然而，銦焊料帶來優(yōu)越塑性的同時，屈服強(qiáng)度卻也較低，封裝后半導(dǎo)體器件易于發(fā)生彎曲、翹曲等變形，封裝強(qiáng)度不高，抗疲勞性能差，同時高純銦焊料封裝半導(dǎo)體激光器存在銦蔓延現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體器件的工作性能和使用壽命。
[0004]鑒于以上缺點，具有高強(qiáng)度的Au-Sn硬焊料等到廣泛應(yīng)用研宄。然而，Au-Sn硬焊料雖然強(qiáng)度高，因熱失適配造成的殘余應(yīng)力卻顯著增大。以半導(dǎo)體激光器為例，芯片內(nèi)存在較大的殘余應(yīng)力，封裝后器件容易出現(xiàn)多雙峰現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)出效率；且在較大殘余應(yīng)力作用下，隨著工作時間的延長半導(dǎo)體芯片內(nèi)的位錯和缺陷會在應(yīng)力和熱效應(yīng)的共同作用下不斷增加和迀移，甚至形成微裂紋等缺陷，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的壽命大幅降低。
[0005]中國專利文獻(xiàn)CN102066045B公開的《可與無鉛的錫基焊料兼容使用的金-錫-銦焊料》，是一種以金、錫及銦制成的無鉛焊接合金，錫的呈現(xiàn)濃度為17.5%至20.5%，銦呈現(xiàn)濃度為2.0%至6.0%，平衡質(zhì)量為金。該合金的熔點范圍為290°C至340°C，優(yōu)選的是在300°C至340°C之間。因該焊接合金的熔點足夠高，以容許后密封加熱；且足夠低以容許密封半導(dǎo)體而不造成損害，特別適用于密封半導(dǎo)體裝置。
[0006]上述金-錫-銦焊料中使用貴金屬金，在提高成本的同時并未提高焊料的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有半導(dǎo)體器件封裝用銦焊料存在的不足，本發(fā)明提供一種高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料，該焊料在不改變原有高純銦封裝工藝的條件下，獲得高強(qiáng)度的焊接接頭，從而有效提高半導(dǎo)體器件的光電性能和使用壽命。同時提供了該焊料的制備方法。
[0008]本發(fā)明的高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料，是在高純銦(純度高于99.99% )內(nèi)分布有短纖維絲。
[0009]所述短纖維絲采用碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維或其它不與銦反應(yīng)的韌性纖維。
[0010]所述短纖維絲在高純銦中隨機(jī)分散，不能形成纖維絲團(tuán)。
[0011]所述短纖維絲與高純銦的體積比為1:20-1:10。
[0012]所述短纖維絲的長度15 μπι-30 μπι。
[0013]上述高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)將纖維絲(碳纖維、玻璃纖維或陶瓷纖維)剪切成長度為15-30 μ m的短纖維絲;
[0015](2)將高純銦粉末(200-400目)和短纖維絲按體積比1:20-1:10的比例混合，并攪拌均勻，制成混合物；
[0016](3)將高純銦粉末與短纖維的混合物壓制成塊狀預(yù)成型焊料；
[0017](4)將塊狀預(yù)成型焊料軋制成焊料薄片。
[0018]將得到的復(fù)合銦焊料沖剪成所需形狀，既可應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明中選用的纖維絲與高純銦，半導(dǎo)體上的鍍金層均無反應(yīng)，屬于理想的物理摻雜，不影響封裝過程中的冶金反應(yīng)。少量纖維的加入對高純銦的塑性并沒有太大影響，而纖維的加入能有效阻礙材料熱膨脹，并且植入的纖維如同混凝土中的鋼筋一樣，對焊料起到了顯著的強(qiáng)化作用。因此，纖維增強(qiáng)的高純銦釬料幾乎保留了高純銦焊料熔點低、塑性好等的所有優(yōu)點，同時又降低了熱膨脹系數(shù)，提高了焊料強(qiáng)度，使焊料的綜合性能有了極大的提尚。
[0020]本發(fā)明具有以下特點:
[0021]1.纖維的加入對高純銦起到了良好的強(qiáng)化作用，形成銦與纖維的復(fù)合界面層，使半導(dǎo)體器件封裝強(qiáng)度有效提升，提高了封裝的抗變形能力及疲勞性能。
[0022]2.由于纖維對高純銦焊料流鋪有一定的阻礙作用，適當(dāng)阻止了高純銦的過度流淌，從而使管芯探出熱沉的距離縮小，提高了激光器的散熱效率。
[0023]3.本發(fā)明完全不需改變高純銦工藝下的封裝條件，保留了低封裝溫度、良好的塑性、良好的歐姆接觸和導(dǎo)熱性等有利條件。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明制備的高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料的剖視圖。
[0025]其中:1、高純銦，2、短纖維絲。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明的高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料呈片狀，其截面如圖1所示，是在高純銦I中隨機(jī)分布有短纖維絲2，且短纖維絲2不能交錯纏結(jié)為纖維絲團(tuán)。所述的短纖維為碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維或其它不與銦反應(yīng)的韌性纖維。
[0027]上述短纖維絲增強(qiáng)高純銦復(fù)合焊料的制備過程如下:
[0028]1.將碳纖維、玻璃纖維或陶瓷纖維剪切成單束或多束狀態(tài)的短纖維絲2，單根短纖維長度小于15-30 μπι ；
[0029]2.將高純銦粉末(200-400目)和短纖維絲2按體積比1:20_1:10的比例混合，并攪拌均勻，制成混合物；
[0030]3.將高純銦粉末與短纖維的混合物壓制成塊狀預(yù)成型焊料，因銦具有良好的塑形故易于實現(xiàn)；
[0031]4.利用高純銦良好的延展性能，將塊狀預(yù)成型焊料軋制成焊料薄片，并根據(jù)需要沖剪成所需形狀。
[0032]將上述焊料置于熱沉與激光器芯片之間，在純銦焊接工藝下焊接。防止纖維影響激光器出光質(zhì)量，焊料片的邊緣要與出光方向的熱沉邊緣平齊或內(nèi)縮Omm-0.05_。
【主權(quán)項】
1.一種高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料，其特征是，在高純銦內(nèi)分布有短纖維絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短纖維絲增強(qiáng)高純銦復(fù)合焊料，其特征是，所述短纖維絲采用碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維或其它不與銦反應(yīng)的韌性纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料，其特征是，所述短纖維絲隨機(jī)分散在高純銦中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料，其特征是，所述短纖維絲與高純銦的體積比為1:20-1:10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料，其特征是，所述所述短纖維絲的長度 15-30 μ m。
6.一種權(quán)利要求1所述高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料的制備方法，其特征是，包括以下步驟: (1)將纖維絲剪切成長度為15-30μ m的短纖維絲； (2)將高純銦粉末和短纖維絲按體積比1:20-1:10的比例混合，并攪拌均勻，制成混合物； (3)將高純銦粉末與短纖維的混合物壓制成塊狀預(yù)成型焊料； (4)將塊狀預(yù)成型焊料軋制成焊料薄片。
【專利摘要】一種高純銦纖維復(fù)合增強(qiáng)焊料及其制備方法，該復(fù)合焊料是在高純銦內(nèi)分布有短纖維絲，制備方法包括以下步驟：(1)將纖維絲剪切成長度為15-30μm的短纖維絲；(2)將高純銦粉末和短纖維絲混合，并攪拌均勻，制成混合物；(3)將高純銦粉末與短纖維的混合物壓制成塊狀預(yù)成型焊料；(4)將塊狀預(yù)成型焊料軋制成焊料薄片。本發(fā)明的復(fù)合焊料可有效改善高純銦封裝的強(qiáng)度低、疲勞性能差、器件壽命短的問題，得到具有良好光電參數(shù)的高壽命半導(dǎo)體器件同時可有效提高產(chǎn)品合格率。
【IPC分類】B23K35-40, B23K35-24
【公開號】CN104668808
【申請?zhí)枴緾N201510044992
【發(fā)明人】邵長斌, 湯慶敏, 劉存志, 王莉敏, 徐現(xiàn)剛
【申請人】山東浪潮華光光電子股份有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月29日