專利名稱：非低共熔無鉛焊料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于組裝電子部件的無鉛焊料結(jié)構(gòu)，特別涉及在電子部件的組裝中使用的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
用于將芯片接合到陶瓷或有機(jī)基板的電流受控塌陷芯片連接(C4)或“倒裝芯片”互連技術(shù)通常使用97/3Pb/Sn接合用的焊料合金作為互連的芯片側(cè)上的球限冶金層(ball-limiting metallurgy，BLM)，以及互連的基板側(cè)上通常為Ni/Au或Cr/Cu/Ni/Au的適宜的金屬化層。該互連結(jié)構(gòu)要承受溫度循環(huán)。該溫度循環(huán)的要求很嚴(yán)格，特別是對于芯片直接附裝到印制電路板(PCB)的芯片位于板上(chip on board)的互連更是如此。
這是由于芯片的熱膨脹系數(shù)(TCE)約為百萬分之3(ppm)，通常的PCB的熱膨脹系數(shù)為15-18ppm。對于陶瓷基板芯片載體，TCE匹配得比較好，這是由于陶瓷的TCE在3.5到6.6ppm的范圍內(nèi)。經(jīng)常使用通常為環(huán)氧樹脂的底填材料以產(chǎn)生更可靠的結(jié)構(gòu)，特別是對于芯片位于板上的方案，由高TCE不匹配引起的應(yīng)變被調(diào)節(jié)，沒有造成故障。
現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)面對的問題是對于所有的制造商來說消除鉛是戰(zhàn)略要求。要積極地尋找用于解決芯片無鉛附裝的措施。一個(gè)可能的解決措施是使用如Sn/Ag/Cu或Sn/Ag/Bi的富Sn合金，其中合金的約96％為Sn。這種合金要求使用在245～255℃范圍內(nèi)的較低溫度進(jìn)行接合。這與用于Pb/Sn焊料合金高達(dá)340℃的溫度形成對照。
另一問題是在制造中將芯片接合到通常為陶瓷或有機(jī)芯片載體的第一級封裝為第一步。之后接著用底填材料密封并附裝帽/蓋以形成模塊。完成第一級互連組件之后，對模塊進(jìn)行第二級結(jié)合。第二級結(jié)合為將芯片載體互連到PCB。這種互連可以是例如陶瓷球柵陣列(CBGA)、陶瓷柱柵陣列(CCGA)或塑料球柵陣列(PBGA)。在Pb/Sn體系中，所有這些都可以很容易實(shí)現(xiàn)，這是由于將第一級芯片結(jié)合到芯片載體的步驟使用97/3Pb/Sn焊料合金并要求約340℃這樣高的溫度。將第二級芯片載體與PCB接合的步驟使用較低Pb的組合物，例如低共熔的Pb/Sn，并要求在200-220℃范圍內(nèi)這樣低得多的回流溫度。
因此在Pb體系中，在隨后的處理期間芯片C4焊料連接基本上不受影響，并且為固態(tài)。如果在第一級芯片接合和第二級模塊與板的接合都使用無鉛、富錫的合金，則在第二級的附裝工藝中和隨后的回流工藝中就會發(fā)生芯片BLM熔化的問題，例如這可能要求返工。
另一問題是當(dāng)?shù)谝患塖nAgCu焊料互連完全熔化在底填密封體內(nèi)時(shí)，它會對密封體的壁產(chǎn)生大的流體靜應(yīng)力。這些力產(chǎn)生的應(yīng)變大到足以造成密封區(qū)的分層、破裂、斷裂并最終突然失效。這有可能引起C4焊料連接之間的短路，并在C4焊料連接破裂離開它們原始接合的位置時(shí)，很可能造成開路。
然而可以使用如AuSn 80/20的其它合金體系產(chǎn)生焊料溫度分層結(jié)構(gòu)，這種解決措施沒有廣泛應(yīng)用是由于存在多種制造上的問題。例如材料的制造成本、脆性冶金學(xué)特性以及在芯片上產(chǎn)生應(yīng)力的焊料的相互作用。
因此，盡管現(xiàn)有技術(shù)有解決問題的措施，但仍需要一種焊料分層結(jié)構(gòu)，使用具有較高液相線溫度的合金用于第一級C4互連，并使用具有較低液相線溫度的合金用于第二級互連。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于電子封裝的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)。
結(jié)合附圖參考下面的說明之后，本發(fā)明的這些和其它目的將變得更顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種非低共熔無鉛焊料組合物，基本上包含以下成分52.0-95.0重量％之間的Sn；48.0-5.0重量％之間的Ag；以及具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
優(yōu)選地，所述組合物約為72.0重量％的Sn；28.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述組合物約為82.0重量％的Sn；18.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述組合物約為88.0重量％的Sn；12.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述組合物約為52.0重量％的Sn；48.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種非低共熔無鉛焊料組合物，基本上包含以下成分84.0-99.3重量％之間的Sn；16.0-0.7重量％之間的Cu；以及具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
通過提供一種用于電子封裝互連的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，包括電子電路芯片，用第一無鉛非低共熔(off-eutectic)焊料組合物附裝到芯片載體的頂面；無鉛焊料連接的陣列，例如焊料柱或焊料球，用第二無鉛非低共熔焊料組合物附裝到所述芯片載體的底面，第二無鉛非低共熔焊料組合物具有的液相線溫度低于第一無鉛非低共熔焊料組合物的液相線溫度；以及印制電路板，其頂面通過第三無鉛焊料組合物附裝到無鉛焊料連接的陣列，第三無鉛焊料組合物具有的液相線溫度低于第二無鉛非低共熔焊料組合物的液相線溫度，由此產(chǎn)生了用于電子封裝互連的無鉛分層結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，所述第一無鉛非低共熔焊料組合物為約72.0重量％的Sn和28.0重量％的Ag，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒，以及約400℃的液相線溫度；其中所述第二無鉛非低共熔焊料組合物約為82.0重量％的Sn和18.0重量％的Ag，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒，以及約355℃的液相線溫度；以及其中所述第三無鉛焊料組合物約為95.5重量％的Sn、3.8重量％的Ag和0.7重量％的Cu，并具有約217℃的液相線溫度。
第一芯片互連無鉛非低共熔焊料組合物為基本上由52.0-95.0重量％之間的Sn、48.0-5.0重量％之間的Ag組成的合金，并具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物，以及SnAg金屬間相組織的分散晶粒。優(yōu)選的組合物包括72.0％的Sn和28.0％的Ag；82.0％的Sn和18.0％的Ag；88.0％的Sn和12.0％的Ag；以及52.0％的Sn和48.0％的Ag。
此外，第一芯片互連無鉛非低共熔焊料組合物可以是基本上由84.0-93.0重量％之間的Sn、16.0-0.7重量％之間的Cu組成的合金；并具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物，以及SnCu金屬間相組織的分散晶粒。優(yōu)選的組合物包括84.0％的Sn和16.0％的Cu；以及93.0％的Sn和7.0％的Cu。
本發(fā)明也提供了一種用于第一級組件的無鉛焊料熔化的分級結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生方法，包括以下步驟在芯片的底面上提供具有球限冶金焊盤(ball limiting metallurgy pad)的電子電路芯片；在球限冶金焊盤上放置非低共熔無鉛焊料；加熱非低共熔無鉛焊料以回流非低共熔無鉛焊料并在球限冶金焊盤上形成非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)；在芯片載體的頂面上形成具有電接觸焊盤的芯片載體；放置無鉛焊料合金以便與接觸焊盤接觸；放置所述非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)以接觸無鉛焊料合金；以及加熱非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)以回流非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)以形成將芯片連接到芯片載體的非低共熔無鉛焊料凸焊縫(fillets)。
根據(jù)權(quán)利要求11的方法，還包括將密封體分配在所述芯片和所述芯片載體之間的界面中的步驟。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約84.0重量％到99.3重量％之間的Sn以及約16.0重量％到0.7重量％之間的Cu的組分，并具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約93.0重量％的Sn和7.0重量％的Cu的組分，并具有SnCu金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約84.0重量％Sn和16.0重量％的Cu的組分，并具有SnCu金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約52.0重量％到95.0重量％之間的Sn以及約48.0重量％到5.0重量％的Ag的組分，并具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約82.0重量％Sn和18.0重量％的Ag的組分，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約88.0重量％Sn和12.0重量％的Ag的組分，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約72.0重量％Sn和28.0重量％的Ag的組分，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
優(yōu)選地，所述非低共熔焊料凸焊縫具有約52.0重量％Sn和48.0重量％的Ag的組分，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。


在附帶的權(quán)利要求書中具體地記載了相信是新穎的本發(fā)明的特征以及本發(fā)明的元件特性。附圖僅為圖示目的，沒有按比例畫出。然而，通過結(jié)合附圖參見下面詳細(xì)的說明，可以更好地理解本發(fā)明的組成及操作方法圖1示出了用于本發(fā)明的電子封裝互連的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2示出了芯片/舟組件的示意圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的帶無鉛焊料凸點(diǎn)的芯片的示意圖。
圖4示出了芯片/舟/芯片載體組件的示意圖。
圖5示出了帶有散熱的模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種焊料液相線溫度分層結(jié)構(gòu)，以限制隨后的第二級接合/組裝和再加工操作期間芯片和芯片載體之間的C4焊料互連的熔化程度。術(shù)語“液相線溫度”定義為高于焊料合金完全處于液相的溫度的溫度。
希望處于模塊/封裝中其它無Pb接合操作使用的相同合金系統(tǒng)。Sn-Ag-Cu、Sn-Cu或Sn-Ag系統(tǒng)為用于無Pb互連的最流行和優(yōu)選的合金系統(tǒng)，并被National Electronics Manufacturing Initiative(NEMI)推薦。
本發(fā)明使用了合金，Sn、Ag、Cu中的兩個(gè)或多個(gè)的一些組合，較高的液相線溫度用于C4第一級焊料互連，較低的液相線溫度合金用于第二級互連。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)進(jìn)行第二級芯片載體與PCB接合/組裝操作時(shí)，芯片與芯片載體的C4互連不能完全熔化。它們繼續(xù)具有一定程度的固體和較小部分的液體，而不是完全熔化的合金。因此，膨脹減小，在密封體或底填料上產(chǎn)生較小的應(yīng)力。根據(jù)均化回流允許的最大溫度，可以使用淀積(鍍覆、絲網(wǎng)印刷、蒸鍍等)的方法和以不同液相線溫度均質(zhì)化的合金。
在本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，提供Sn/Ag非低共熔無鉛焊料的組合物，該組合物具有約52.0-95.0重量％之間的Sn，約48.0-5.0重量％之間的Ag，并具有熔化溫度超過250℃的金屬間化合物。術(shù)語“金屬間化合物”的普通含義為具有兩種或多種金屬的化合物。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，使用具有約400℃的液相線溫度的72Sn/28Ag(重量％)焊料合金。用約355-375℃的峰值溫度且通常約1-4分鐘的足夠停留時(shí)間進(jìn)行芯片接合C4回流循環(huán)，這將產(chǎn)生均質(zhì)的無鉛C4焊料合金互連。均質(zhì)化的焊料合金互連具有均勻分布的金屬間相組織。
在隨后的第二級接合/組裝工藝期間，最大峰值溫度約250℃。該溫度將在C4焊料合金互連中產(chǎn)生糊狀的兩相金屬間組織，它含有約68重量％的液相和約32重量％的固相。該合金組織限制了C4互連的膨脹，并確保周圍密封體的整體性。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，使用具有約355℃的液相線溫度的82Sn/18Ag(重量％)焊料合金。用約355-375℃的峰值溫度且通常約1-4分鐘的足夠停留時(shí)間進(jìn)行芯片接合C4回流循環(huán)，這將使C4焊料合金互連完全熔化。然后在隨后的第二級接合/組裝工藝期間，最大峰值溫度約250℃。該溫度將在C4焊料合金互連中產(chǎn)生糊狀的兩相金屬間組織，它含有約82重量％的液相和約18重量％的固相。該合金組織限制了C4互連的膨脹，并確保周圍密封體的整體性。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方案中，使用具有約310℃的液相線溫度的88Sn/12Ag(重量％)焊料合金。用約355-375℃的峰值溫度且通常約1-4分鐘的足夠停留時(shí)間進(jìn)行芯片接合C4回流循環(huán)，這將使C4焊料合金互連完全熔化。然后在隨后的第二級接合/組裝工藝期間，最大峰值溫度約為250℃。該溫度將在C4焊料合金互連中產(chǎn)生糊狀兩相金屬間組織，它含有約91重量％的液相和約9重量％的固相。該合金組織限制了C4互連的膨脹，并確保周圍密封體的整體性。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方案中，使用具有約480℃的液相線溫度的52Sn/48Ag(重量％)焊料合金。用約355-375℃的峰值溫度且通常約1-4分鐘的足夠停留時(shí)間進(jìn)行芯片接合C4回流循環(huán)，這將產(chǎn)生均質(zhì)的C4焊料合金互連。然后在隨后的第二級接合/組裝工藝期間，最大峰值溫度約250℃。該溫度將在C4焊料合金互連中產(chǎn)生糊狀的兩相金屬間組織，它含有約38重量％的液相和約62重量％的固相。該合金組織限制了C4互連的膨脹，并確保周圍密封體的整體性。
在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，Sn/Cu非低共熔無鉛焊料組合物具有約84.0-99.3重量％之間的Sn和約16.0-0.7重量％之間的Cu，并具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，使用具有約500℃的液相線溫度的84Sn/16Cu(重量％)焊料合金。用約350-375℃的峰值溫度且通常約1-4分鐘的足夠停留時(shí)間進(jìn)行芯片接合C4回流循環(huán)，這將產(chǎn)生均質(zhì)的C4焊料合金互連。然后在隨后的第二級接合/組裝工藝期間，最大峰值溫度約250℃。該溫度將在C4焊料合金互連中產(chǎn)生糊狀的兩相金屬間組織，它含有約72重量％的液相和約28重量％的固相。該合金組織限制了C4互連的膨脹，并確保周圍密封體的整體性。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，使用具有約410℃的液相線溫度的93Sn/7Cu(重量％)焊料合金。用約350-375℃的峰值溫度且通常約1-4分鐘的足夠停留時(shí)間進(jìn)行芯片接合C4回流循環(huán)，這將產(chǎn)生均質(zhì)的無鉛C4焊料合金互連。然后在隨后的第二級接合/組裝工藝期間，最大峰值溫度約250℃。該溫度將在C4焊料合金互連中產(chǎn)生糊狀兩相金屬間組織，它含有約86重量％的液相和約14重量％的固相。該合金組織限制了C4互連的膨脹，并確保周圍密封體的整體性。
本發(fā)明能產(chǎn)生用于電子封裝互連的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)。參考圖1，在底面上具有BLM焊盤20的電子電路芯片10附裝到具有接觸焊盤95的芯片載體90的頂面。芯片10用本發(fā)明的無鉛非低共熔焊料組合物80接合到芯片載體90。然后使用如焊料柱110或焊料球(未示出)的無鉛焊料連接陣列將芯片載體90接合到PCB120。
無鉛焊料連接110用第二無鉛非低共熔焊料組合物140附裝到芯片載體90的底面，第二元鉛非低共熔焊料組合物140的液相線溫度低于第一無鉛非低共熔焊料組合物80的液相線溫度。然后芯片載體90通過第三無鉛焊料組合物150接合到PCB120，第三無鉛焊料組合物150的液相線溫度低于第二無鉛非低共熔焊料組合物140的液相線溫度，由此產(chǎn)生用于電子封裝互連的無鉛分層結(jié)構(gòu)。
在無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施方案中，第一無鉛非低共熔焊料組合物80為約72.0重量％的Sn和28.0重量％的Ag，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒，以及約400℃的液相線溫度。第二無鉛非低共熔焊料組合物140為約82.0重量％的Sn和18.0重量％的Ag，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒，以及約355℃的液相線溫度。第三無鉛焊料組合物150為約95.5重量％的Sn、3.8重量％的Ag和0.7重量％的Cu，并具有約217℃的液相線溫度。
參考圖2介紹優(yōu)選方法。圖2示出了一個(gè)電子電路芯片10，在芯片10的底面11上具有BLM焊盤20。通常由石墨制成的預(yù)成形舟30含有排列得與芯片10上的BLM焊盤20的位置重合的開口35。然后將本發(fā)明的預(yù)成形非低共熔焊料40放置在舟開口35中。然后芯片10定位在舟30上，以使BLM焊盤20接觸預(yù)成形非低共熔焊料40。
此后將所得芯片/舟組件加熱到需要的回流溫度，通常在350℃和375℃之間，由此預(yù)成形的焊料40回流到BLM焊盤20上。然后將芯片/舟組件冷卻，致使芯片BLM焊盤20覆蓋有非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)50，如圖3所示。
現(xiàn)在參考圖4，示出了含有第二開口65的第二舟60，第二開口65排列得與芯片10上焊料凸點(diǎn)50的位置重合。芯片載體90提供有芯片載體90的頂面91上的接觸焊盤95，以使第二開口65與接觸焊盤95重合。無鉛焊料合金或助熔劑70放置在第二開口65中，并接觸焊盤95。然后芯片10定位在第二舟60的相對面上以使得非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)50接觸焊料合金或助熔劑70。
將所得芯片/芯片載體組件加熱到需要的回流溫度，由此在涂敷助熔劑或涂敷無鉛合金的接觸焊盤上回流非低共熔無鉛焊料凸點(diǎn)50。然后冷卻芯片/芯片載體組件，其中回流的非低共熔焊料凸點(diǎn)形成非低共熔焊料凸焊縫80，將芯片10連接到芯片載體，如圖1所示。
再參考圖1，其中示出了完成的模塊。在將芯片載體90接合到印制電路板(PCB)120之前，將密封體100分布在芯片10下面。通常也稱做“底填料”的該密封體100通常為環(huán)氧基材料。通過吸收了一些由TCE引起的應(yīng)力提高了焊料接頭的可靠性。
此后通過焊料連接150將芯片載體90接合到PCB120。在圖1中，焊料連接顯示為柱柵陣列。如圖5所示，模塊也具有一個(gè)散熱器130，散熱器130或者如圖所示直接附裝到芯片10，或者附裝到設(shè)置在芯片上并附裝到芯片載體的蓋(未示出)。
再參考圖1，圖中示出了由本發(fā)明獲得的焊料分層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的非低共熔焊料80具有的回流溫度高于BSM凸焊縫140的回流溫度。類似地，BSM凸焊縫具有的回流溫度高于PCB凸焊縫150的回流溫度。BSM凸焊縫140對應(yīng)于相關(guān)申請10/246,282中公開的非低共熔無鉛焊料組織，PCB凸焊縫為產(chǎn)業(yè)中常見的低共熔SnAgCu(SAC)焊料。
對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說顯然將少量的第三或者甚至第四元素添加到公開的Sn/Ag和Sn/Cu非低共熔合金中不會影響分層結(jié)構(gòu)，因此這種添加也在公開的本發(fā)明的范圍內(nèi)。添加的元素應(yīng)容易與Sn形成金屬間化合物，與Cu和Ag也同樣。這些元素的例子包括Bi、Sb、In、Zn以及Pd。添加約0.5重量％的Sb或0.5重量％的Bi為優(yōu)選的元素，以解決相對純的Sn合金中的Sn“須”問題。
本發(fā)明改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)。限制了第二級回流期間C4互連中的液體量，由此減小了施加在密封體上的流體靜張力。因此它保持了密封的C4結(jié)構(gòu)的整體性并防止了分層和由于短路造成的電故障。
本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)為對于芯片在電路板上的應(yīng)用，可以使用少量共晶的Sn/Ag、Sn/Cu或Sn/Ag/Cu，以便芯片結(jié)合回流循環(huán)可以保持在250℃或更小的峰值回流溫度。這可以適用于芯片直接在有機(jī)封裝上的情況中的高溫/低溫?zé)oPb的C4解決措施。
對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說顯而易見，針對本公開，可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下對本發(fā)明作出超出這里具體介紹的這些實(shí)施方案的修改。因此，這種修改認(rèn)為處于僅由附帶的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非低共熔無鉛焊料組合物，基本上包含以下成分52.0-95.0重量％之間的Sn；48.0-5.0重量％之間的Ag；以及具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物約為72.0重量％的Sn；28.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物約為82.0重量％的Sn；18.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物約為88.0重量％的Sn；12.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物約為52.0重量％的Sn；48.0重量％的Ag；以及具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒。
6.一種非低共熔無鉛焊料組合物，基本上包含以下成分84.0-99.3重量％之間的Sn；16.0-0.7重量％之間的Cu；以及具有熔化溫度大于250℃的金屬間化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物約為84.0重量％的Sn；16.0重量％的Cu；以及具有SnCu金屬間相組織的分散晶粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物約為93.0重量％的Sn；7.0重量％的Cu；以及具有SnCu金屬間相組織的分散晶粒。
9.一種用于電子封裝互連的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)，包括電子電路芯片，用第一無鉛非低共熔焊料組合物附裝到芯片載體的頂面；無鉛焊料連接的陣列，用第二無鉛非低共熔焊料組合物將連接的第一端附裝到所述芯片載體的底面，所述第二無鉛非低共熔焊料組合物具有的液相線溫度低于所述第一無鉛非低共熔焊料組合物的液相線溫度；以及印制電路板，頂面通過第三無鉛焊料組合物附裝到無鉛焊料連接的所述陣列的第二面，所述第三無鉛焊料組合物具有的液相線溫度低于所述第二無鉛非低共熔焊料組合物的液相線溫度，由此產(chǎn)生了用于電子封裝互連的無鉛分層結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的無鉛焊料分層結(jié)構(gòu)，其中所述第一無鉛非低共熔焊料組合物為約72.0重量％的Sn和28.0重量％的Ag，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒，以及約400℃的液相線溫度；其中所述第二無鉛非低共熔焊料組合物約為82.0重量％的Sn和18.0重量％的Ag，并具有SnAg金屬間相組織的分散晶粒，以及約355℃的液相線溫度；以及其中所述第三無鉛焊料組合物約為95.5重量％的Sn、3.8重量％的Ag和0.7重量％的Cu，并具有約217℃的液相線溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物還包括約0.01重量％到約0.5重量％的Bi和約0.01重量％到約0.5重量％的Sb。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物還包括約0.01重量％到約0.5重量％的選自Bi、Sb、In、Zn和Pd的元素。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物還包括約0.01重量％到約0.5重量％的Bi和約0.01重量％到約0.5重量％的Sb。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的非低共熔無鉛焊料組合物，其中所述組合物還包括約0.01重量％到約0.5重量％的選自Bi、Sb、In、Zn和Pd的元素。
全文摘要
一種電子封裝，具有焊料互連液相線溫度分層結(jié)構(gòu)，以限制隨后的第二級接合/組裝和再加工操作期間C4焊料互連的熔化程度。焊料分層結(jié)構(gòu)使用了Sn/Ag和Sn/Cu的非低共熔焊料合金，具有較高液相線溫度的合金用于C4第一級焊料互連，并使用具有較低液相線溫度的合金用于第二級互連。當(dāng)進(jìn)行第二級芯片載體與PCB接合/組裝操作時(shí)，芯片與芯片載體的C4互連沒有完全熔化。它們繼續(xù)具有一定程度的固體和較小部分的液體，而不完全是熔化的合金。這減小了焊料連接處的膨脹，并因此降低了作用在C4連接上的應(yīng)力。
文檔編號H01L23/31GK1820889SQ20061000804
公開日2006年8月23日 申請日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者M·G·法魯克, M·J·因泰雷特, W·E·薩布林斯基 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司