專利名稱：制造具有高導熱性和高導電性的軟釬焊的材料和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說來涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及具有改進的熱和 電性能的焊料組合物，及其生產(chǎn)方法。
相關(guān)技術(shù)的描述
在任何涉及電能的電路中， 一個主要的設(shè)計目的是降低組件的溫 度，提高可靠性，降低成本以及改善操作性。許多集成電路("ICs")-包 括例如雙列直插式塑料封裝ICs -具有非傳導性的形狀以直接扣緊底 盤。IC的封裝方法成為一個限制因素，因為封裝部分(package)承擔了負載高電流密度以及高熱載荷的功能。
在某些情況下，封裝的設(shè)計限制在于IC與封裝部分之間的界面， 其本身被所用的制造方法所限制。 一個原因是獲得優(yōu)良性能的最佳界面 材料是同時具有高導電性和導熱性的材料(如銅或金)。然而，這些材料 具有的熔點也遠高于IC可耐受的制造溫度。因而，通常采用低熔點的 焊料來形成界面結(jié)合部位。但是，這些焊料不具備移除熱和電子、以及 界面材料本身的能力，因此限制了封裝的潛在性能。本領(lǐng)域中仍然需要 具有改進的導電和導熱性、以及足夠低的熔點以防止焊接過程中損壞IC 的軟釬焊(solder joint)。
通過減少焊料涂層的厚度，可以提高傳導性能。除采用的制造方法 外，焊料涂層的厚度還受到IC和封裝部分的耐受能力的限制。因而，本領(lǐng)域中仍然需要能夠為ic應(yīng)用提供最小的焊料涂層厚度的軟釬焊。

發(fā)明內(nèi)容
通過將焊接材料與高傳導性(熱和電)材料結(jié)合，可以形成復合材 料，與單獨使用焊料相比，其可以在較低的溫度下進行焊接且具有提高 的導熱和導電性。本發(fā)明提供了粉末混合物或復合粉末，將其進料給動態(tài)噴涂設(shè)備，朝基體或部件加速(accelerate)以形成具有優(yōu)于常規(guī)焊料 的熱和電性能的復合焊料。以這種方式建立焊料涂層的其他優(yōu)點包括低 氧化物含量以提高后續(xù)的可焊接性，對沉積厚度的良好控制，對沉積化 學的良好控制，以及最后生產(chǎn)制造的高速率。
本發(fā)明一方面提供了一種用于動態(tài)(kinetic)噴涂的粉末混合物， 其包含具有兩部分的焊料金屬基質(zhì)(l)一種或多種如下材料錫-銀-銅 (Sn-Ag-Cu)、錫-銅(Sn-Cu)、錫-銅-鎳(Sn誦Cu畫Ni)、錫-銀(Sn國Ag)、錫-銀曙 鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn-Bi-In)、錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、錫-鋅-鉍(Sn腳Zn國Bi)、錫-鉍國銀(Sn-Bi-Ag)、錫(Sn)、錫-銦(Sn-In)、銦(In)、銦畫 銀(In-Ag)和錫-鉛(Sn-Pb);以及(2)具有高導熱和導電性的填充材料，為 如下材料的一種或多種銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鎳國金(Ni-Au)、碳、 銀(Ag)、鋁(A1)、鉬(Mo)、鎳(Ni)或鎳-金(Ni-Au)涂敷的碳、鉑族金屬 (PGM，s)，以及它們的合金。
本發(fā)明的另一方面提供了制造粉末混合物的方法。所述方法包括提 供焊接金屬基質(zhì)材料以及提供填充材料的步驟，所述焊接金屬基質(zhì)材料 由一種或多種如下材料制成錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)、錫-銅(Sn-Cu)、錫-銅誦鎳(Sn-Cu-Ni)、錫-銀(Sn-Ag)、錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn-Bi-In)、 錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、錫-鋅-鉍(Sn-Zn-Bi)、錫-鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、 錫(Sn)、錫-銦(Sn-In)、銦(In)、銦-銀(In-Ag)和錫-鉛(Sn-Pb) —然而 "Restriction of the Use of Certain Hazerdous Substances in Electrical and Electronic Equipment" (RoHS)的歐洲議會指令2002/95/EC中已經(jīng)通過立 法規(guī)定從焊料中去除鉛，由于電子工業(yè)的全球性其將在世界范圍內(nèi)采 用；所述填充材料(filler material)由一種或多種如下材料制成銅(Cu)、 金(Au)、鎳(Ni)、鎳陽金(Ni-Au)、碳、銀(Ag)、鋁(A1)、鉬(Mo)、鎳(Ni) 或鎳-金(Ni-Au)涂敷的碳、鉑族金屬(PGM，s),以及它們的合金。隨后，
將所述基質(zhì)材料和填充金屬(釬料，filler metal)分別形成粉末顆粒。 最后，將所述焊接金屬基質(zhì)材料粉末顆粒與填充金屬粉末顆?；旌现劣?于噴涂所需的比例。
本發(fā)明的又一方面提供了用于動態(tài)噴涂的復合粉末顆粒，該顆粒具 有內(nèi)部組分和外部組分，所述內(nèi)部組分包括由以下一種或多種材料組成 的具有高導熱和導電性的填充金屬銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鎳-金 (Ni-Au)、碳、銀(Ag)、和鉬(Mo);所述外部組分包括由以下一種或多種 材料組成的焊接金屬基質(zhì)錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)、錫-銅(Sn-Cu)、錫-銅-鎳(Sn-Cu-Ni)、錫-銀(Sn-Ag)、錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn-Bi-In)、 錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、錫-鋅-鉍(Sn-Zn-Bi)、錫-鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、 錫(Sn)、錫-銦(Sn-In)、銦(In)、銦-銀(In-Ag)或錫-鉛(Sn-Pb)?？蛇x擇地， 所述內(nèi)部組分可為一種或多種基于鋁(A1)、鉬(Mo)、銅(Cu)、金(Au)、 銀(Ag)、鎳(Ni)或鎳-金(Ni-Au)涂敷的碳(通常為石墨、金剛石或碳納米 管-SWNT)、或鉑族金屬(PGM，s)的合金。
本發(fā)明的再一方面提供了制造所述復合粉末的方法。所述制造方法 包括提供內(nèi)部顆粒組分的步驟，該組分由具有高導熱和導電性的填充金 屬制成，如銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鎳-金(Ni-Au)、碳、銀(Ag)、鉬(Mo)、 以及它們的任意合金之中的一種或多種。然后，將該內(nèi)部組分形成為粉 末顆粒。提供外部組分，該組分由一種或多種如下材料制成錫-銀-銅 (Sn-Ag-Cu)、錫-銅(Sn-Cu)、錫-銅-鎳(Sn-Cu-Ni)、錫-銀(Sn-Ag)、錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn-Bi-In)、錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、錫-鋅國 鉍(Sn-Zn-Bi)、錫畫鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、錫(Sn)、錫-銦(Sn國In)、銦(In)、銦國 銀(In-Ag)或錫-鉛(Sn-Pb)。最后，用電化學方法、化學方法、物理蒸汽 沉積(P VD)或機械覆層法中的 一 種或多種將外部組分沉積到內(nèi)部組分 上。
在本發(fā)明的其它方面，提供了應(yīng)用復合焊料(solder material)的方 法。所述方法包括如下步驟提供粉末材料，該材料包括固體金屬基質(zhì) 材料和填充材料，其中每種材料均與如上所述的材料組成相一致；將所述粉末材料供應(yīng)給動態(tài)噴涂設(shè)備；以及在低于或等于環(huán)境壓力的條件下 將所述粉末材料通過收斂-擴散噴嘴噴涂到基體上。


附圖用于提供對本發(fā)明的更深入的理解，并引入和構(gòu)成本說明書的 一部分。所述附圖描述了本發(fā)明的實施方案，其與文字說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中
圖1為適用于本發(fā)明使用的典型動態(tài)噴涂系統(tǒng)的示意圖2顯示了生產(chǎn)本發(fā)明的粉末混合物的方法的流程圖3為本發(fā)明實施方案的復合粉末顆粒的示意圖4顯示了生產(chǎn)本發(fā)明的復合粉末顆粒的方法的流程圖5為本發(fā)明一實施方案的應(yīng)用的焊料涂層在焊接前的示意圖6為本發(fā)明一實施方案的應(yīng)用的焊料涂層在焊接后的示意圖7提供了根據(jù)本發(fā)明 一 實施方案將焊料涂層應(yīng)用到基體上的流程圖。
發(fā)明的詳細描述
以下將具體參照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其實例在附圖中進行了描述。
本發(fā)明的復合材料可用在動態(tài)噴涂系統(tǒng)中。圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明 進行使用的動態(tài)噴涂系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括動態(tài)噴槍12,其與工件14 一起安放在中空的真空罐16內(nèi)部。動態(tài)噴槍12相對工件14放置，以 引導噴霧110至工件14上。工件14可安放在工件操作裝置20上，該 操作裝置穿過真空罐16的壁安裝并延伸進入真空罐16的內(nèi)部。
如圖1的典型系統(tǒng)10中所示，動態(tài)噴槍12響應(yīng)高壓主氣流和粉末 氣體而產(chǎn)生冷噴霧以引導至工件14上，該粉末氣體攜帶有本發(fā)明的復 合粉末100。由第一氣體供應(yīng)源(supply)通過主氣體管線28向動態(tài)噴 槍12提供主氣流，該第一氣體供應(yīng)源為貯存容器30的形式。貯存容器 30中的氣體可以是例如氦、氬、氮或空氣。通過第二氣體供應(yīng)源或貯存 容器32并組合粉末進料裝置34在氣體流中提供復合粉末100。第二氣 體貯存容器32提供了粉末氣體流(例如氦、氬、氮或空氣)，其流經(jīng)延伸 通過粉末進料裝置34的粉末氣管線36。粉末進料裝置34將復合粉末 100給料入粉末氣管線36內(nèi)的氣體流中，以向動態(tài)噴槍12供應(yīng)粉末。
來自第一氣體貯存容器30的氣體流經(jīng)主氣體管線28至動態(tài)噴槍12 的輸入端38。從輸入端38，所述氣體流經(jīng)可選的加熱線圏(未示出)至動 態(tài)噴槍12的與輸入端38相對一端的噴嘴40。粉末進料裝置34將復合粉末100進料入流經(jīng)粉末氣體管線36的粉末氣體流。當氣體通過粉末 進料裝置34時，來自供應(yīng)源32的氣體與復合粉末100混合，以提供粉 末和氣體的混合物。可改變來自供應(yīng)源32的氣體與粉末100的比例， 以滿足所需應(yīng)用標準。如圖1所示，粉末氣體管線36延伸穿過真空罐 16的壁至沿著動態(tài)噴槍12的連接點48。在動態(tài)噴槍12內(nèi)部，氣體和 粉末被引導通過噴嘴40并加速至基體工件14上。
本發(fā)明的復合粉末100包括用在例如上述參照圖1所述的動態(tài)噴涂 系統(tǒng)中的填充材料和焊接金屬基質(zhì)。所述焊接基質(zhì)由低熔點焊接材料如 錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)、錫-銅(Sn-Cu)、錫-銅-鎳(Sn-Cu-Ni)、錫-銀(Sn-Ag)、 錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-錮(Sn-Bi-In)、錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、 錫-鋅-鉍(Sn-Zn-Bi)、錫-鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、錫(Sn)、錫-銦(Sn-In)、銦(In)、 銦-銀(In-Ag)或錫-鉛(Sn-Pb)構(gòu)成。要求所述基質(zhì)具有低的熔融溫度、熔 化后具有良好的流動性，且必須能潤濕填料和界面金屬。所述焊接金屬 基質(zhì)也可以為溶入填充材料中的合金。所述焊接金屬基質(zhì)可占總涂層的 約10-90體積％ ,通常的焊接金屬基質(zhì)組分為約20-40體積％ ,以在最 大化填充材料的優(yōu)點的同時適當?shù)馗采w該填充材料。
復合粉末100的填充材料由同時具有高導熱性和高導電性的軟金屬 或金屬合金構(gòu)成。該填充材料具有高于焊接基質(zhì)的熔點，且必須能被所 迷焊接金屬基質(zhì)潤濕?？蛇x擇地，該焊接金屬基質(zhì)能溶入所述填充金屬 中形成冶金接合。所述填充材料(如金屬或石墨、金剛石或碳納米管-SWNT形式的碳)可由任何相對較軟且高傳導性的金屬或合金構(gòu)成。符合 這些要求的金屬體系包括銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鎳-金(Ni-Au)、碳(通 常為石墨、金剛石或碳納米管-SWNT形式)和銀(Ag)或它們的任意合金 組合。其它可能的金屬合金體系是基于鋁、鉬、鎳或鉑族金屬(PGM's) 的合金。所述填充材料可占涂層的約10-90體積％，通常的組成為約 60-80體積％，以最大化使用具有高導熱和導電性的金屬體系所帶來的 好處。
用于復合粉末100的金屬可通過多種方法制造。通常，因為動態(tài)噴 涂設(shè)備通過將球形粉末以非常高的速度輸送至部件來實現(xiàn)其功能，因此 用于動態(tài)噴涂生產(chǎn)的金屬以粉末形式輸送。圖2顯示了生產(chǎn)本發(fā)明的復 合粉末混合物的方法的流程圖。在步驟SIOI和S103中，分別提供用于 固體金屬基質(zhì)和填充材料的基礎(chǔ)材料。在步驟S105中，將基礎(chǔ)固體金
屬基質(zhì)材料形成為粉末顆粒。生產(chǎn)粉末的最常用形式是氣體霧化，制得 光滑的球形粉末。形成粉末的其它方法包括且不限于水霧化或化學沉淀。金屬基質(zhì)粉末顆粒的尺寸小于約90微米且大于約5微米，且必須 基本上能自由流動(如顆粒沒有彼此粘合)。類似地，在步驟S107中，將 所述填充材料形成為粉末顆粒。用于填充材料的步驟S107的粉末成型 方法可采用，但不是必須采用，與步驟S105中所用相同的粉末成型技 術(shù)，可采用氣體霧化、水霧化或化學沉淀中的任何方法。填充材料粉末 顆粒的尺寸低于約90微米且大于約5微米，且必須基本上能自由流動。 氣體霧化過程可在惰性氣氛或真空下進行。使用惰性氣氛或真空來霧化 的優(yōu)點是可在所產(chǎn)生的粉末中實現(xiàn)低的氧含量，當對沉積的涂層進行焊 接時這一點非常重要。
如圖2的步驟S109所示，在噴涂前使用諸如V-混合器的裝置將兩 種粉末組分以所需比例混合。當所述兩種粉末組分從噴槍噴嘴噴出時， 由于密度、導熱性和熱容的不同，它們可顯示出不同的溫度和速度。根 據(jù)焊接金屬基質(zhì)粉末和填充材料粉末的飛行(in-flight)特性，可調(diào)整混 合比例以使所得涂層具有所需體積分數(shù)的組分。在另一實施方案中，可 采用兩種粉末組分的共注射以替代獨立的混合步驟。
生產(chǎn)所述粉末的另 一選擇是產(chǎn)生復合粉末顆粒，從而可避免混合和 進料過程中存在的生產(chǎn)問題，如粉末分離。圖3提供了本發(fā)明的復合粉 末顆粒的示意圖。圖3顯示，顆粒120包括被焊接金屬基質(zhì)122外殼包 圍的填充材料124。填充材料所占的體積為約50-90%，優(yōu)選約60-80%。 復合粉末顆粒的尺寸小于約90微米，且大于約5微米，且必須基本上 能自由流動。
圖4顯示了生產(chǎn)本發(fā)明的復合粉末顆粒的方法的流程圖。在步驟 S131和S133中，分別提供用于填充材料和固體金屬基質(zhì)的基礎(chǔ)材料。 在步驟S135中，將所述填充材料形成為粉末顆粒。如以上參照圖2所 述，可采用氣體霧化、水霧化或化學沉淀中的任何方法來形成所述填充 材料粉末。為了產(chǎn)生有用的復合粉末顆粒，在步驟137中，用適合的技 術(shù)將所述焊接金屬基質(zhì)材料沉積到填充材料顆粒上。用于實現(xiàn)步驟S137 中的包封的適合方法包括電化學方法、物理氣相沉積(PVD)或機械覆層 法。
參照圖l和7，動態(tài)噴涂包括將復合粉末顆粒IOO朝向基體(如工件
14)加速至非常高的速度，大大高于音速。圖7提供了向基體上產(chǎn)生焊料 涂層的流程圖。在步驟151中，提供用于動態(tài)噴涂系統(tǒng)的復合粉末100。 對圖1所示的系統(tǒng)配置，粉末可以預混合的粉末或復合顆粒的形式提 供。在另一實施方案中，在步驟S153中對粉末進行預熱。在另一實施 方案中，可將復合粉末100的固體金屬基質(zhì)和填充材料粉末組分分別給 料進入動態(tài)噴槍12，并在顆粒通過動態(tài)噴槍12的時候?qū)崿F(xiàn)混合。在步 驟S155中將復合粉末100注入動態(tài)噴涂設(shè)備12中。通過注入高速氣流 中將復合粉末100加速至超音速。在動態(tài)噴涂設(shè)備12中通過對氣體加 壓隨后使其膨脹通過適當尺寸的收斂-擴散噴嘴40來對氣體進行加速。 輸入和輸出壓力以及噴嘴40的尺寸和氣流決定了氣體的出口速度。出 口壓力可以是環(huán)境壓力或任何低于環(huán)境壓力的壓力。這些條件在如名稱 為"低壓冷噴涂的方法和設(shè)備"的美國專利第6,759,085號中所述，通 ?？蓱?yīng)用于本發(fā)明。
粉末100在注入噴嘴后，在步驟S155中，其以噴霧110的形式輸 送至基體14。在碰撞時粉末100的動能轉(zhuǎn)化為熱能，與基體14或預先 沉積的材料形成機械結(jié)合，從而形成涂層。以這種方式可以形成非常密 集的涂層，而不會象其它噴射沉積形式如等離子噴涂、火焰噴涂或高速 氧燃料(oxy-fuel) (HVOF)噴涂中那樣，在飛行的粉末內(nèi)產(chǎn)生熱反應(yīng)。 這種焊料涂層的例子如圖5所示，顯示了本發(fā)明實施方案的應(yīng)用的焊料 涂層在焊接前的示意圖。在圖5中，涂層140結(jié)合到基體14上，該涂 層包含密集充填的填充材料顆粒124，其基本被焊接金屬基質(zhì)122所包 圍。在該復合焊料涂層中可存在至多1體積％的孔隙126，其將在焊接 步驟過程中消失。
動態(tài)噴涂方法的使用相比高溫熱噴涂系統(tǒng)提供了如下優(yōu)點，即抑制 了飛行過程中的熱反應(yīng)。這意味著可使用通常在噴涂過程中會在彼此間 或與環(huán)境之間發(fā)生反應(yīng)的金屬的復合涂層，從而可獲得熔點差別很大的 金屬的復合涂層。在本發(fā)明中將低熔點的焊接基質(zhì)與高熔點的填充材料 共噴涂(co-spraying)就是這種情況。
一旦沉積了焊料涂層，可使用適合的技術(shù)，例如SMT(表面貼裝技 術(shù))回流或波動焊接來對其進行焊接。相對于對其它焊料進行焊接，本發(fā) 明涂層的優(yōu)點在于其同時具有低氧化物含量和高密度，從而能形成一致 的焊接結(jié)合部位。也可以通過選擇可溶于;f皮此的填充材料與焊接金屬基質(zhì)的組合，如銅和銦，來形成擴散接合。在某些情況下，可以在低于焊接材料的熔點的溫度下實現(xiàn)結(jié)合。
已焊接的結(jié)合部位的涂層結(jié)構(gòu)的例子如圖6所示，顯示了本發(fā)明實施方案的應(yīng)用的焊料涂層150在焊接后的示意圖。涂層150結(jié)合至基體 14，該涂層包含密集充填的填充材料顆粒124,其基本被焊接金屬基質(zhì) 122所包圍。IC封裝200通過焊料涂層150接合至基體14。
雖然，本文顯示和描述了本發(fā)明的代表性的實施方案，本領(lǐng)域所屬 技術(shù)人員可以理解這些實施方案僅以示例的方式提供。在不偏離申請人 在本文公開的發(fā)明范圍的情況下，各種非實質(zhì)性的改變、變化和替代對 本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，本發(fā)明僅受授權(quán)后的權(quán) 利要求的精神和范圍的限制。
權(quán)利要求
1.用于動態(tài)噴涂的粉末混合物，基本上由如下成分組成一種或多種如下材料錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)、錫-銅(Sn-Cu)、錫-銅-鎳(Sn-Cu-Ni)、錫-銀(Sn-Ag)、錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn-Bi-In)、錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、錫-鋅-鉍(Sn-Zn-Bi)、錫-鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、錫(Sn)、錫-銦(Sn-In)、銦(In)、銦-銀(In-Ag)和錫-鉛(Sn-Pb)；以及具有高導熱和導電性的填充材料，其具有如下材料的一種或多種銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鎳-金(Ni-Au)、碳、銀(Ag)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鎳(Ni)或鎳-金(Ni-Au)涂敷的碳、鉑族金屬(PGM’s)，以及它們的合金。
2. 如權(quán)利要求1所述的粉末混合物，其中所述焊接金屬基質(zhì)的體積 分數(shù)為約10-90%,且所述填充材料的體積分數(shù)為約10-90%,其中所述 粉末能自由流動，且其中所迷混合的粉末顆粒的尺寸小于約90微米且 大于約5微米。
3. 如權(quán)利要求1所述的粉末混合物，其中所述焊接金屬基質(zhì)的體積 分數(shù)為約20-40%,且所述填充材料的體積分數(shù)為約60-80%，其中所述 粉末能自由流動，且所述混合的粉末顆粒的尺寸小于約90微米且大于 約5微米。
4. 制造權(quán)利要求1所述的粉末混合物的方法，包括如下步驟 提供焊接金屬基質(zhì)材料和填充材料；將所述焊接金屬基質(zhì)材料成形為粉末顆粒； 將所述填充材料成形為粉末顆粒；以及將所述焊接金屬基質(zhì)粉末顆粒和所述填充材料粉末顆?；旌现了?需比例。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述焊接金屬基質(zhì)和所迷填充材 料的成形步驟均采用惰性或真空氣體霧化法來進行。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述焊接金屬基質(zhì)和所迷填充材 料的成形步驟各自采用以下方法中的一種或多種來進行電化學沉淀、 化學沉淀、水霧化或等離子氣相沉積。
7. 用于動態(tài)噴涂的復合粉末顆粒，其基本上由如下成分組成 包含填充材料的具有高導熱和導電性的內(nèi)部組分，該填充材料具有如下材料中的一種或多種銅(Cu)、金(Au)、鎳(Ni)、鎳-金(Ni隱Au)、碳、 銀(Ag)、鋁(A1)、鉬(Mo)、鎳(Ni)或鎳-金(Ni-Au)涂敷的碳、鉑族金屬(PGM，s)，以及它們的合金；和包含焊接金屬基質(zhì)的外部組分，該焊接金屬基質(zhì)具有一種或多種如 下材料錫國銀畫銅(Sn-Ag-Cu)、錫國銅(Sn畫Cu)、錫國銅-鎳(Sn-Cu國Ni)、錫國 銀(Sn-Ag)、錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn-Bi-In)、錫-金(Au-Sn)、錫-鋅(Sn-Zn)、錫-鋅-鉍(Sn-Zn-Bi)、錫-鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、錫(Sn)、錫-銦 (Sn-In)、銦(In)、銦-銀(In-Ag)和錫-鉛(Sn-Pb)。
8. 如權(quán)利要求7所述的復合粉末顆粒，其中所述復合粉末顆粒的尺 寸小于約卯微米且大于約5微米。
9. 制造權(quán)利要求7所述的粉末顆粒的方法，包括如下步驟 提供內(nèi)部組分；將所述內(nèi)部組分成形為粉末顆粒； 提供外部組分；以及使用以下方法中的一種或多種將所述外部成分沉積到所述內(nèi)部組 分上電化學方法、化學方法、物理氣相沉積(PVD)和機械覆層法，其中所述粉末能自由流動，且所述復合粉末顆粒的尺寸小于約卯 微米且大于約5微米。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述內(nèi)部組分的成形步驟采用 惰性或真空氣體霧化法進行。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述內(nèi)部組分的成形步驟采用 以下方法中的一種或多種進行電化學沉積、化學沉積、水霧化或等離 子氣相沉積。
12. 在基體上形成復合焊料涂層的方法，包括如下步驟提供包含固體金屬基質(zhì)材料和填充材料的粉末材料，其中所述固體 金屬基質(zhì)材料是以下材料的一種或多種錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)、錫-銅 (Sn-Cu)、錫-銅-鎳(Sn-Cu-Ni)、錫-銀(Sn-Ag)、錫-銀-鉍(Sn-Ag-Bi)、錫-鉍-銦(Sn國Bi-In)、錫-金(Au畫Sn)、錫國鋅(Sn-Zn)、錫-鋅誦鉍(Sn隱Zn國Bi)、錫國 鉍-銀(Sn-Bi-Ag)、錫(Sn)、錫-銦(Sn-In)、銦(In)、銦-銀(In國Ag)和錫國鉛 (Sn-Pb)，且其中所述填充材料為以下材料的一種或多種銅(Cu)、金 (Au)、鎳(Ni)、鎳國金(Ni-Au)、碳、銀(Ag)、鋁(A1)、鉬(Mo)、鎳(Ni)或鎳 畫金(Ni-Au)涂敷的碳、鉑族金屬(PGM，s)，以及它們的合金；將所述粉末材料供應(yīng)給動態(tài)噴涂設(shè)備；以及在低于或等于環(huán)境壓力的壓力下將所述粉末材料經(jīng)收斂-擴散噴嘴噴涂至所述基體上。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述粉末材料是單獨的固體金屬基質(zhì)材料顆粒和填充材料顆粒的混合物。
14. 如權(quán)利要求12的方法，其中所述粉末材料是復合粉末，其顆粒 具有填充材料的內(nèi)部組分和固體金屬基質(zhì)材料的外部組分。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述動態(tài)噴涂步驟在真空條件 下進行。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括將所述粉末材料預熱至高于 室溫的步驟。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述復合焊料涂層中的焊接金 屬基質(zhì)的體積分數(shù)為約10-90%,且所述復合焊料涂層中的填充材料的 體積分數(shù)為約10-卯％。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述復合焊料涂層中的焊接金 屬基質(zhì)的體積分數(shù)為約20-40%,且所述復合焊料涂層中的填充材料的 體積分數(shù)為約60-80%。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造具有高導熱性和高導電性的軟釬焊的材料和方法，提供了粉末混合物或復合粉末，將其進料給動態(tài)噴涂設(shè)備，朝基體或部件加速以形成具有優(yōu)于常規(guī)焊料的熱和電性能的復合焊料。以這種方式建立焊料涂層的其他優(yōu)點包括低氧化物含量以提高后續(xù)的可焊接性，對沉積厚度的良好控制，對沉積化學的良好控制，以及最后生產(chǎn)制造的高速率。
文檔編號C23C24/00GK101200800SQ200710186320
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月13日
發(fā)明者J·C·多斯伯格, R·K·施米德 申請人:蘇舍美特科(美國)公司