TW201313376A

TW201313376A - 無鉛焊料組合物

Info

Publication number: TW201313376A
Application number: TW101129771A
Authority: TW
Inventors: Jianxing Li; Michael R Pinter; David E Steele
Original assignee: Honeywell Int Inc
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2013-04-01
Also published as: US20150004427A1; WO2013025990A2; WO2013025990A3; KR20140050728A; CN104169041A; US20130045131A1

Abstract

焊料可包含鋅、鋁、鎂及鎵。該鋅可以該焊料之約82重量%至96重量%之量存在。該鋁可以該焊料之約3重量%至約15重量%之量存在。該鎂可以該焊料之約0.5重量%至約1.5重量%之量存在。該鎵可以介於該焊料之約0.5重量%至約1.5重量%之間之量存在。

Description

無鉛焊料組合物

本發明係關於焊料材料且更具體而言係關於不含或實質上不含鉛之焊料材料。本申請案主張2011年8月17日提出申請的臨時專利申請案第61/524,610號之優先權，其全文以引用方式併入本文中。

焊料材料用於多種機電及電子裝置之製造及裝配中。過去，焊料材料通常會包含大量鉛以將諸如熔點、潤濕特性、延展性及導熱性等期望特性提供給該等焊料材料。亦已研發一些基於錫之焊料。最近，已嘗試生產提供期望性能之無鉛及無錫焊料材料。

在一些實施例中，焊料組合物可包含約82重量%至96重量%之鋅、約3重量%至約15重量%之鋁、約0.5重量%至約1.5重量%之鎂及約0.5重量%至約1.5重量%之鎵。在一些實施例中，焊料組合物可包含約0.75重量%至約1.25重量%之鎂及約0.75重量%至約1.25重量%之鎵。在其他實施例中，焊料組合物可包含約1.0重量%之鎂及約1.0重量%之鎵。在又一些實施例中，焊料組合物可包含約82重量%至96重量%之鋅、約3重量%至約15重量%之鋁、約0.5重量%至約1.5重量%之鎂、約0.5重量%至約1.5重量%之鎵及約0.1重量%至約2.0重量%之錫。

焊料組合物可包含摻雜物。在一些實施例中，焊料組合物包含約0.5重量%或更少之摻雜物。在其他實施例中，摻雜物包含銦、磷、鍺、銅或其組合。

在一些實施例中，焊料組合物可不含鉛。在其他實例中，焊料組合物可不含錫。

在一些實施例中，焊料組合物可係銲線。在又一些實施例中，組合物可係具有小於約1毫米之直徑之銲線。

在本發明之其他實施例中，提供形成摻雜磷之焊料之方法。該方法可包含在正壓下利用惰性氣體生產熔體及使該熔體形成小坯。熔體可包含焊料材料及介於約10 ppm至約5000 ppm之間之量之磷。在一些實施例中，焊料材料包含至少一個選自由以下組成之群之成員：鋅、鋁、鉍、錫、銅及銦。在又一些實施例中，該方法包含以下額外步驟：在生產及形成步驟之間使惰性氣體鼓泡通過熔體。

儘管揭示多個實施例，但彼等熟習此項技術者根據以下實施方式將明瞭本發明之又一些實施例，以下實施方式顯示且闡述本發明之說明性實施例。因此，將實施方式視為在本質上係說明性而非限制性。

焊料組合物係用於使兩個基板或工件接合在一起之易熔金屬及金屬合金且具有低於該等工件之熔點之熔點。可以許多不同形式(包含但不限於塊狀焊料產品、焊料膏及銲線)提供焊料組合物，例如彼等在半導體工業中用於晶粒附接應用者。

焊料膏可係可使用多種方法施加至基板之流體或油灰狀材料，該等方法包含(但不限於)印刷及諸如使用注射器等分配。實例性焊料膏組合物可藉由將粉狀金屬焊料與助銲劑(起暫時黏著劑作用之稠介質)混合形成。助銲劑可將焊料膏之組份保持在一起直至焊接製程熔融使粉狀焊料熔融為止。焊料膏之適宜黏度可端視如何將該焊料膏施加至基板變化。焊料膏之適宜黏度包含300,000-700,000厘泊(cps)。

在其他實施例中，可提供焊料組合物作為銲線。銲線可藉由牽拉焊料材料穿過模具以在捲軸上提供細銲線而形成。適宜銲線可具有小於約1毫米(mm)(例如約0.3 mm至約0.8 mm)之直徑。在一些實施例中，銲線能夠捲繞或盤繞於捲軸上而不斷裂成兩片或更多片。例如，銲線可捲繞於具有直徑為51 mm之內部輪轂及兩個直徑為102 mm之外部凸緣的捲軸上。當銲線捲繞於捲軸上時，最靠近內部輪轂之銲線之部分盤繞成有效直徑為約51 mm之捲軸。隨著額外銲線捲繞於捲軸上，捲軸之有效直徑由於銲線而增加，且在內部輪轂上形成複數個焊料線圈後捲軸之有效直徑可更接近102 mm而非51 mm。

無論何種形式，均可在焊料組合物之固相線溫度、熔融溫度範圍、潤濕特性、延展性及導熱性方面對其進行評估。固相線溫度量化焊料材料開始熔融之溫度。固相線溫度以下，焊料材料完全係固體。在一些實施例中，固相線溫度可係約300℃以允許逐步焊接操作且使終端用途裝置中之熱應力最小化。

焊料組合物之熔融溫度範圍係藉由固相線溫度及液相線溫度界定。液相線溫度量化一溫度，高於該溫度焊料材料將完全熔融。液相線溫度係在晶體(例如固體材料)可與熔體(例如液體材料)共存之最大溫度。高於液相線溫度，焊料材料係勻質熔體或液體。在一些實施例中，可較佳具有狹窄熔融溫度範圍以將焊料以兩相存在之範圍最小化。

潤濕係指使焊料流動且潤濕基板或工件之表面之能力。通常增加之潤濕使工件之間之鍵結強度增加。可使用點濕態測試量測潤濕。

所有焊料接頭在裝置壽命中均經歷裝置終端裝置中之焊料接合強度降低。具有增加延展性之焊料將延長裝置壽命且係更合意的。延展性焊料亦可合意地用於製造如本文進一步闡述之銲線，以使銲線可盤繞或捲繞於捲軸上。可使用捲軸彎曲測試儀量測延展性且其可包含低角度(小於90°)及高角度(大於90°)延展性量測。適宜延展性值取決於焊料材料之終端用途。在一些實施例中，適宜焊料材料可具有0%之高角度斷裂率及小於50%、小於40%或小於30%之低角度斷裂率。

高導熱性對於裝置性能亦係合意的。在一些實施例中，焊料材料可將晶粒連接至引線框架。在該等實施例中，可期望焊料將熱傳導至引線框架中。在一些實例中，高導熱性對於高功率應用係尤其合意的。在某些實施例中，適宜焊料材料可具有大於20瓦特/米．克耳文(Kelvin)(W/m-K)之導熱性。在其他實施例中，適宜焊料材料可具有大於10 W/m-K或自10 W/m-K至約25 W/m-K之導熱性。在又一些實施例中，適宜焊料材料具有少至10 W/m-K、12 W/m-K、14 W/m-K或多達15 W/m-K、18 W/m-K、20 W/m-K或25 W/m-K之導熱性或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。

焊料材料可不含鉛。例如，基於鋅/鋁或基於鉍/銅之焊料材料可不含鉛。如本文所用之「不含鉛」係指包含小於0.1wt%鉛之焊料材料。在某些實施例中，焊料材料可不含錫。例如，基於鋅/鋁或基於鉍/銅之焊料材料可不含錫。如本文所用之「不含錫」係指包含小於0.1wt%錫之焊料材料。

在一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可包含作為主要組份之鋅及鋁及作為次要組份之鎂及鎵。在一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可包含約82重量%至約96重量%之鋅、約3重量%至約15重量%之鋁、約0.5重量%至約1.5重量%之鎂及約0.5重量%至約1.5重量%之鎵。在具體實施例中，鋅可以少至82重量%、84重量%或86重量%或多達92重量%、94重量%或96重量%之量存在，或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內；鋁可以少至2重量%、3重量%、4重量%或多達5重量%、7重量%、10重量%、12重量%或15重量%之量存在，或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內；鎂可以少至0.5重量%、0.75重量%或0.9重量%或多達1.0重量%、1.25重量%或1.5重量%之量存在，或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內；且鎵可以少至0.5重量%、0.75重量%或0.9重量%或多達1.0重量%、1.25重量%或1.5重量%之量存在，或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。在又一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可包含約82重量%至約96重量%之鋅、約3重量%至約15重量%之鋁、約1.0重量%之鎂及約1.0重量%之鎵。

在一些實施例中，諸如銦、磷、鍺錫及/或銅等摻雜物可以約10至約5000百萬份數(或約0.001重量%至約0.5重量%)之範圍存於焊料材料中。在其他實施例中，諸如銦、磷、鍺錫及/或銅等摻雜物可以約0.001重量%至約2.5重量%之範圍存於焊料材料中。在一些實施例中，磷可以少至10 ppm、25 ppm、50 ppm或100 ppm或多達150 ppm、300 ppm、500 ppm、1000 ppm或5000 ppm之量包含於焊料材料中或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。在其他實施例中，錫可以少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%或0.75重量%或多達1.0重量%、1.25重量%、1.5重量%、1.75重量%或2.0重量%之量包含於焊料材料中或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。在又一些實施例中，銅可以少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%或0.75重量%或多達1.0重量%、1.25重量%、1.5重量%、1.75重量%或2.0重量%之量包含於焊料材料中或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。

焊料可包含僅一種摻雜物材料或可包含兩種或更多種摻雜物材料之組合。在一些實施例中，焊料組合物可包含作為摻雜物材料之磷及錫。例如，焊料組合物可包含少至10 ppm、25 ppm、50 ppm或100 ppm或多達150 ppm、300 ppm、500 ppm、1000 ppm或5000 ppm之量之磷或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內；且錫可以少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%或0.75重量%或多達1.0重量%、1.25重量%、1.5重量%、1.75重量%或2.0重量%之量存在或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。在其他實施例中，焊料組合物可包含作為摻雜物材料之磷及銅。例如，焊料組合物可包含少至25 ppm、50 ppm或100 ppm或多達150 ppm、300 ppm、500 ppm、1000 ppm或5000 ppm之量之磷或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內；且銅可以少至0.1重量%、0.25重量%、0.5重量%或0.75重量%或多達1.0重量%、1.25重量%、1.5重量%、1.75重量%或2.0重量%之量存在或可存於由任一對前述值所限定之任何範圍內。

在一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可由約12重量%之鋁、約1重量%之鎂、約1重量%之鎵、約0.5重量%之摻雜物及剩餘量之鋅組成或基本上由其組成。摻雜物可係上文所列之彼等之單一材料或可係其組合。

在其他實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可由約5重量%之鋁、約1重量%之鎂、約1重量%之鎵及剩餘量之鋅組成。在又一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可由約2重量%至約15重量%之鋁、約1重量%之鎂、約1重量%之鎵、50 ppm至150 ppm之磷、約0.5重量%至約1.5重量%之錫及剩餘量之鋅組成。在又一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可由約2重量%至約15重量%之鋁、約1重量%之鎂、約1重量%之鎵、約50 ppm至約150 ppm之磷、約0.2重量%至約0.6重量%之銅及剩餘量之鋅組成。

在一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可包含作為主要組份之鋅及鋁及作為次要組份之鍺。在一些實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可包含約78重量%至約94重量%之鋅、約3重量%至約15重量%之鋁及約3重量%至約7重量%之鍺。諸如銦、磷、鎵及/或銅等摻雜物(若包含)可以約0至約5000百萬份數(或約0重量%至約0.5重量%)之範圍存在。焊料組合物可包含僅一種摻雜物材料或可包含兩種或更多種摻雜物材料之組合。

在實施例中，基於鋅/鋁之焊料材料可包含約6重量%之鋁、約5重量%之鎵、約0.1重量%之摻雜物及剩餘量之鋅。摻雜物可係上文所列之彼等之單一材料或可係其組合。

在一些實施例中，基於鉍/銅之焊料材料可包含約88重量%至約92重量%之鉍及約8重量%至約12重量%之銅。諸如鎵、銦、磷及/或鍺等摻雜物可以約10百萬份數至約1000百萬份數(或約0.001重量%至約0.1重量%)之範圍存在。焊料組合物可包含僅一種摻雜物材料或可包含兩種或更多種摻雜物材料之組合。

在一些實施例中，基於鉍/銅之焊料材料可由約10重量%之銅、約0.1重量%之摻雜物及剩餘量之鉍組成。摻雜物可係上文所列之彼等之單一材料或可係其組合。

基於鉍/銅之焊料材料可呈現較低熔融溫度及導熱性且因此可適於低功率應用，而基於鋅/鋁之焊料材料呈現較高熔融溫度及導熱性且因此可適於高功率應用。

可能難以形成含有磷摻雜物之勻質焊料材料。例如，可能難以在製造期間將磷與焊料熔體混合。。在一些實施例中，可藉由產生包含基礎焊料材料及磷摻雜物之熔體形成焊料材料。在某些實施例中，磷可以約10 ppm至約5000 ppm之量存在。在其他實施例中，基礎焊料材料可包含以下中之一或多者：鋅、鋁、鉍、錫、銅及銦。在某些實施例中，可在正壓下加熱基礎焊料材料及磷摻雜物以形成熔體。例如，可使用諸如氬或氮等惰性氣體將熔體維持在正壓下。正壓可避免磷摻雜物之蒸氣損失。此外，可使惰性氣體鼓泡通過熔體，以促進基礎焊料材料與磷之混合並形成勻質熔體。混合後，可將熔體擠出通過模具且澆鑄成小坯。在一些實施例中，可在小於1分鐘內在鑄件中將熔融焊料固化成固態。在其他實施例中，可在小於30秒、小於10秒或小於5秒內在鑄件中將熔融的焊料固化。小坯之快速冷卻可抑制諸如磷等摻雜物材料之分離，且可沿小坯產生均勻摻雜物分佈。例如，鑄件小坯可沿軸方向具有均勻摻雜物分佈。

實例1-鋅/鋁焊料合金 I.焊料合金小坯之形成

藉由在氮氣氛中將鋅、鋁、鎂及鎵澆鑄成1英吋直徑小坯形成鋅/鋁焊料合金。

藉由將含有95重量%錫及5重量%磷之錫/磷酸鹽合金(Sn5P)及以上製備之鋅/鋁焊料合金添加至Rautomead連續澆鑄器中來製備摻雜有磷及錫之鋅/鋁焊料合金。將材料加熱至450℃至550℃以形成熔體。將熔體維持在正壓下。使惰性氣體鼓泡通過熔體直至達成勻質熔體為止。將熔體擠出通過模具並澆鑄成1英吋直徑小坯。

藉由將含有85重量%銅及15重量%磷之銅/磷合金(Cu15P)及以上形成之鋅/鋁焊料合金添加至Rautomead連續澆鑄器中來製備摻雜有磷及銅之鋅/鋁焊料合金。藉由將澆鑄器增加至800℃至900℃形成熔體。將熔體維持在正壓下。將熔體擠出通過模具並澆鑄成1英吋直徑小坯。

藉由形成含有以上製備之鋅/鋁焊料合金及銦之熔體來製備摻雜有銦之鋅/鋁焊料合金。將熔體澆鑄成1英吋直徑小坯。

II.測試程序

在200℃至300℃及1500-2000磅/平方英吋(psi)下使用模具將焊料合金小坯擠出，以形成具有約0.762 mm(0.030英吋)之直徑之銲線。將銲線纏繞至具有直徑為51 mm(2英吋)之內部輪轂及兩個直徑為102 mm(4英吋)之外部凸緣上的捲軸上。成功地擠出之銲線可捲繞於捲軸上，而不斷裂成兩片或更多片。

藉由使用Perkin Elmer DSC7機器之差示掃描量熱(「DSC」)測定銲線之熔融特徵。量測固相線溫度及液相線溫度。將熔融溫度範圍計算為液相線溫度與固相線溫度之間之差。

根據標題為「Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials」之ASTM E8在室溫下使用Instron 4465機器測定銲線之伸長率。

在室溫下測定銲線之低角度斷裂率及高角度斷裂率以研究該等線之延展性。對於每一斷裂率測試而言，使線圍繞空捲軸之內部輪轂彎曲且記錄該線在內部輪轂上1次旋轉後是否斷裂。實施複數次測試且計算每一樣品之斷裂百分數。

圖1圖解說明高角度斷裂率測試之實驗設置。如所顯示，捲軸10包含凸緣12、內部輪轂14及槽16。內部輪轂14位於平行凸緣12之間，從而在其之間產生空間。內部輪轂14具有51 mm之直徑且凸緣12具有102 mm之直徑。在內部輪轂14中形成槽16。將線18之一端插入槽16中且將線18捲在內部輪轂14上。如圖1所顯示，銲線18於孔16中之端與捲繞於內部輪轂14中之銲線18形成角度A。角度A大於90°。圖2顯示低角度斷裂率測試之實驗設置。同樣，將線18之一端插入槽16中。在低角度彎曲測試中，線18於槽16中之端與捲繞於內部輪轂14中之線18形成角度B。角度B小於90°。

在410℃下使用ASM SD890A固晶機使用含有95體積%氮及5體積%氫之形成氣體下測定焊料潤濕特性。將銲線進給至熱銅引線框架，使該銲線熔融且在該引線框架上形成點。量測點之大小(例如，直徑)。點之大小對應於銲線之可潤濕性，較大點大小對應於較好潤濕。

III.結果

將小坯擠出通過模具以形成0.030英吋直徑線並將其捲繞於捲軸上。表1呈現成功地擠出且在捲軸上形成線圈之線之組成。表2之線導致脆性線圈或不可形成線圈。

表2未成功地擠出且盤繞之組成

如表1及2所顯示，當鎵含量大於1.5重量%時形成脆性線圈，且當鎵含量大於1.7重量%時不可形成線圈。具體而言，在最終冷線牽拉後，該線可無法成功地盤繞於拉緊捲軸上。相似地，當鎂含量大於1.5重量%時，形成脆性線圈。

在將鋅/鋁合金與銦摻雜時可無法成功地形成線圈(例如參見樣品30、31、32)。

擠出的鋅/鋁合金線之熔融特徵呈現於表3中。擠出的摻雜鋅/鋁合金線之熔融特徵呈現於表4中。

如表3所顯示，固相線溫度及液相線溫度通常隨鎵之量增加而減少。相似點，固相線溫度及液相線溫度通常隨鎂之量增加而減少。

應注意，當鎵含量低於0.5 wt%時，熔融範圍較窄(參見樣品1及2與樣品4及5之比較)。然而，樣品1及2之固相線溫度及液相線溫度高於樣品4及5。

當鎂含量低於0.5 wt%時，熔融範圍亦較窄(參見樣品11及12與樣品14及6之比較)。樣品11及12之固相線溫度及液相線溫度高於樣品14及6，因此焊接樣品11及12需要將更大量之熱。

如表4中所顯示，與錫/磷摻雜可降低固相線溫度(例如，比較樣品24與樣品5)。與銅/磷摻雜似乎未顯著影響固相線溫度或液相線溫度(例如，比較樣品27與樣品5)。

擠出的鋅/鋁合金線之機械特性呈現於表5中。擠出的摻雜鋅/鋁合金線之機械特性呈現於表6中。

如表5所顯示，含有大於1.0 wt%鎵之焊料材料具有顯著降低之伸長率。含有低於0.5 wt%鎵之焊料材料具有相對較低之伸長率(例如，小於7%之伸長率)。含有大於1.0 wt%鎂之焊料材料具有顯著降低之伸長率。

如表6所顯示，納入錫/磷或銅/磷摻雜物可降低焊料材料之伸長率(例如，比較樣品24與樣品5及樣品27與樣品5)。未測定樣品26之伸長率。

在一些實施例中，具有可接受延展性之線具有0%之高角度斷裂率(彎曲BR-HA)及小於30%之低角度斷裂率(彎曲BR-LA)。令人滿意之線之線延展性結果呈現於表7中。不滿足期望高角度及低角度斷裂率之樣品線呈現於表8中。

如表6及7所顯示，當鎵含量大於1.0重量%時，低角度斷裂率大於30%。相似地，當鎂含量大於1.0重量%時，低角度斷裂率大於30%。

焊料潤濕特性呈現於表9中，其中較大點濕態大小指示潤濕特性增加。

未測試樣品9、10、19、20、21、22、23及26。如表9所顯示，直至約0.75 wt%，鎵添加可增加潤濕性，之後潤濕性降低。此外，添加鎂通常增加潤濕性。

添加錫/磷摻雜物稍微降低潤濕性且添加銅/磷摻雜物增加潤濕性。

實例2-焊料材料之比較 I.銲線之形成

鉛焊料、鉍焊料及鋅鋁焊料係藉由以下方式形成：產生如下文所指示之各別組份之熔體，澆鑄成小坯且將該等小坯擠出通過模具以形成具有0.762 mm(0.030英吋)之直徑之銲線。

樣品33：92.5 wt%之鉛、5 wt%之銦、2.5 wt%之銀

樣品34：89.9 wt%之鉍、10 wt%之銅、0.1 wt%之鎵

樣品35：93.5 wt%之鋅、4.5 wt%之鋁、1 wt%之鎂、1 wt%之鎵

II.測試程序

如針對實例1所闡述測定固相線溫度及伸長率。

藉由使用Perkin Elmer DSC7機器之差示掃描量熱(「DSC」)測定焊料組合物之熱分析。

使用Nanoflash機器測定焊料材料之樣品擴散率。使用擴散率值計算每一焊料材料之導熱性。

計算每一焊料材料之熱膨脹係數(CTE)。使用熱機械分析儀量測每一材料之樣品長度變化且針對溫度計算以測定CTE。

藉由在給定電壓及給定長度範圍下使用電錶量測樣品電阻來測定焊料材料之電阻。使用電阻及樣品橫截面積計算電阻率。

使用虛擬晶粒在具有焊料寫入能力之ASM固晶機Lotus-SD上實施晶粒結合測試。引線框架使用ASM室內TO220裸銅及鍍鎳之銅。虛擬晶粒大小係2×3 mm，其中利用鈦、鎳、銀(Ti/Ni/Ag)背側金屬化。含有95體積%氮及5體積%氫之形成氣體使用以下區域設置：5升/分鐘(LPM)預熱區1、5 LPM預熱區2、5 LPM預熱區3、2 LPM分配區、2 LPM拍擊區(spank zone)、2 LPM結合區及2 LPM冷卻區。結合區時間係700毫秒，焊料分配速率係2,200微米，具有9-線「Z」圖案。改變區之溫度設置。

使用晶粒剪切測試器量測晶粒剪切。沿晶粒邊緣推動晶粒直至晶粒出現裂紋或基板折斷。藉由晶粒剪切測試器記錄剪切力。

藉由使用測微器量測結合晶粒之四個拐角來測定晶粒傾斜度。將晶粒傾斜度計算為讀取值之間之最大差。

藉由使用測微器量測晶粒厚度、結合晶粒厚度及基板厚度來測定結合銲線。藉由式(1)計算結合線厚度。

結合線厚度=結合晶粒厚度-晶粒厚度-基板厚度(1)

III.結果

焊料材料之物理條件呈現於表10中。

鉍焊料(樣品34)之固相線溫度及導熱性(theme cond)低於鉛焊料(樣品33)，此表明鉍焊料應用於其中存在有限的晶粒附接後熱製程及/或不需要高導熱性之低功率裝置應用。

鋅焊料(樣品35)具有比鉛焊料(樣品33)高之固相線溫度及導熱性，此使得鋅焊料可用於高功率及高溫應用。與鉛焊料(樣品33)相比，鉍焊料(樣品34)及鋅焊料(樣品35)之低伸長率使得該等焊料材料在晶粒附接後吸收及減輕熱應力方面不夠靈活。

樣品34及35之熱分析分別呈現於圖3及4中。如圖3所圖解說明，樣品34具有271℃之固相線溫度。由於銅直至達到高於700℃之溫度才熔融，因此在360℃至400℃晶粒附接溫度下合金係複合合金。潤濕及焊接可主要藉由樣品34之熔融鉍來保證。此外，在晶粒附接溫度下微米大小之銅粒子可幫助控制晶粒附接期間基板上之熔融鉍之散佈且在裝置構建後可提供所需導熱性。

如圖4所圖解說明，樣品35具有337℃之固相線溫度。272℃下之低溫峰值係固體反應且對焊料熔融特徵無影響。

實施晶粒結合測試且調節各區之溫度以達成均勻潤濕、晶粒結合。製程條件及結果呈現於表11中，其中LF指示引線框架，PH1係預熱區1之溫度，PH2/3係預熱區2及3之溫度，D/S/B係分配區、拍擊區及結合區之溫度且Cool係冷卻區之溫度。

測試晶粒結合樣品之晶粒剪切。結果呈現於表12中。

所有樣品均顯示充分剪切力及內聚性失敗模式，測試晶粒結合樣品之傾斜度及黏結線厚度。結果呈現於表13中。

所有樣品在一般晶粒附接應用中均顯示相當之值。

可在不背離本發明之範疇下對所述實例性實施例作出多種修改及添加。例如，儘管上述實施例提及特定特徵，但本發明之範疇亦包含具有特徵之不同組合之實施例及不包含所有上述特徵之實施例。

10‧‧‧捲軸

12‧‧‧凸緣

14‧‧‧內部輪轂

16‧‧‧槽/孔

18‧‧‧銲線

圖1顯示高角度斷裂率測試之實驗設置。

圖2顯示低角度斷裂率測試之實驗設置。

圖3顯示實例2中之樣品34之熱分析。

圖4顯示實例2中之樣品35之熱分析。

10‧‧‧捲軸

12‧‧‧凸緣

14‧‧‧內部輪轂

16‧‧‧槽

18‧‧‧銲線

Claims

一種焊料組合物，其包括：約82重量%至96重量%之鋅；約3重量%至約15重量%之鋁；約0.5重量%至約1.5重量%之鎂；及約0.5重量%至約1.5重量%之鎵。
如請求項1之焊料組合物，其包括：約0.75重量%至約1.25重量%之鎂；及約0.75重量%至約1.25重量%之鎵。
如請求項1之焊料組合物，且其進一步包括約0.1重量%至約2.0重量%之錫。
如請求項1之焊料組合物，且其進一步包括至少一種以約0.001重量%至約0.5重量%之量存在之摻雜物。
如請求項5之焊料組合物，其中該至少一種摻雜物包括銦、磷、鍺或銅中之一或多者。
如請求項5之焊料組合物，其中該摻雜物包括磷及至少一個選自由錫及銅組成之群之成員。
如請求項1之焊料組合物，其中該焊料組合物係銲線。
一種形成摻雜磷之焊料之方法，該方法包括：在正壓下利用惰性氣體產生熔體；及使該熔體形成小坯，其中該熔體包括焊料材料及約5000 ppm或更少之量之磷。
如請求項8之方法，其中該焊料材料包括至少一個選自由鋅、鋁、鉍、錫、銅及銦組成之群之成員。
如請求項8之方法，其在該產生與形成步驟之間進一步包括使惰性氣體鼓泡通過該熔體之額外步驟。