一種顆粒添加的低銀系無鉛焊料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電子元器件焊接和表面貼裝等軟釬焊的添加Co納米空心球顆粒的低銀系無鉛焊料，它以低銀系錫基無鉛焊料為基體，添加少量納米Co顆粒。該焊料的組成以質(zhì)量百分比計(jì)為：Ag0.3—1.3％，Co納米空心球顆粒0.05—1％，其余為Sn。本發(fā)明與普通無鉛焊料相比，熔點(diǎn)降低，潤(rùn)濕力提高，潤(rùn)濕時(shí)間縮短，并且界面劣性金屬間化合物Cu3Sn厚度降低，焊接性能更優(yōu)異。
【專利說明】一種顆粒添加的低銀系無鉛焊料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電子元器件焊接和表面封裝的軟釬焊無鉛焊料，具體地說是一種Co納米空心球顆粒強(qiáng)化低銀系無鉛焊料，即將Co納米空心球顆粒加入低銀系錫基無鉛焊料，形成納米顆粒強(qiáng)化的無鉛焊料。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子連接行業(yè)中，作為連接材料的錫鉛焊料長(zhǎng)期以來一直占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，人類社會(huì)在對(duì)鉛的長(zhǎng)期使用中發(fā)現(xiàn)，鉛會(huì)對(duì)人類的健康造成嚴(yán)重的威脅。而且含鉛的廢棄物因處理不當(dāng)而污染大氣、土壤乃至地下水，是生態(tài)環(huán)境遭到破壞；同時(shí)生態(tài)環(huán)境又反過來作用于人類自身，使人們從呼吸的空氣、飲用水及每日的食物中攝取過多的有害物質(zhì)。
[0003]電子產(chǎn)品正朝著超微型化和高可靠性方向發(fā)展，因而對(duì)包括電子連接材料在內(nèi)的各種電子器件或電子材料都提出了更新更高的要求。與此同時(shí)，國(guó)際上在電子等工業(yè)部門限制或禁止使用鉛的呼聲日漸高漲。為適應(yīng)電子、家電等行業(yè)滿足RoHS指令的需要，迫切需要研制開發(fā)可替代Sn-Pb焊料的、具有良好的焊接性能和使用可靠性的新型無鉛焊料。
[0004]為了適應(yīng)不同的工藝要求，科學(xué)工作者們開發(fā)出不同合金成分的無鉛焊料。但是在實(shí)際中，在對(duì)無鉛焊料的各項(xiàng)性能指標(biāo)及逆行綜合考慮后，電子封裝產(chǎn)業(yè)界對(duì)Sn-Ag系焊料合金系最為看好。
[0005]但是Ag作為貴金屬，價(jià)格昂貴，使得含銀電子封裝用焊料的成本居高不下，銀的成本幾乎占到了總成本的一半。開發(fā)低成本的、可用的低銀系無鉛焊料成為電子封裝行業(yè)的迫切需求，也是國(guó)內(nèi)外焊料研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)在的低銀系無鉛焊料都是在Sn-Ag-Cu焊料的基礎(chǔ)上發(fā)展的，雖然SAC0307和SAC105等可以應(yīng)用，但銀含量的減少對(duì)焊料的性能有很多不良影響，焊料熔點(diǎn)升高，潤(rùn)濕性變差，焊接接頭可靠性降低，焊接界面MC太厚導(dǎo)致的接頭壽命下降等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)上述問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是開發(fā)一種用于電子元器件焊接和表面貼裝的Co納米空心球顆粒強(qiáng)化的低銀系無鉛焊料。本發(fā)明的特點(diǎn)是將Co納米空心球顆粒添加到低銀系錫基無鉛焊料中。本發(fā)明不含Pb元素，保護(hù)了環(huán)境；使Ag的含量降低到
1.3%以下，降低了無鉛焊料制備成本；添加了制備的Co納米空心球顆粒，改善了可焊性，顯著降低了焊料/Cu基板界面處劣性相Cu3Sn的厚度以及控制了金屬間化合物Cu6Sn5的厚度從而調(diào)高了焊接的可靠性。
[0007]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]一種Co納米空心球顆粒強(qiáng)化的低銀系無鉛焊料，其特征在于:錫基焊料含銀量?jī)H
0.3-1.3 (wt.% )，添加的Co納米空心球顆粒粒徑約為600nm，其含量為0.05 — I (wt.% )，其余為Sn。
[0009]本發(fā)明的原理是:Co納米空心球顆粒的添加起到彌散強(qiáng)化的作用，并且由其在晶體生長(zhǎng)中起到異質(zhì)形核的作用，在焊接過程中能夠快速促進(jìn)金屬間化合物的形成和生長(zhǎng)，形成良好的潤(rùn)濕界面；并且由于Co納米空心球顆粒的存在，抑制了 Cu的擴(kuò)散，使Cu3Sn的生長(zhǎng)得到抑制，改善了界面金屬間化合物的厚度。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選，在上述無鉛焊料合金中，所述的無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比為:
[0011] Ag:1% ；Co納米空心球顆粒:0.1%—0.5% ;其余為Sn。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選，在上述無鉛焊料合金中，所述的無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比為:
[0013]Ag:1% ；Co納米空心球顆粒:0.5% ;其余為Sn。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明焊料的DSC測(cè)試所得熔點(diǎn)統(tǒng)計(jì)；
[0015]圖2本發(fā)明焊料的潤(rùn)濕力測(cè)試結(jié)果；
[0016]圖3本發(fā)明焊料的潤(rùn)濕時(shí)間測(cè)試結(jié)果；
[0017]圖4本發(fā)明焊料(實(shí)施例2)與Cu基板經(jīng)回流老化形成的界面金屬間化合物截面圖；
[0018]圖5本發(fā)明焊料(Ag含量占焊料重量百分比為1%)與Cu基板經(jīng)回流老化形成的界面金屬間化合物厚度統(tǒng)計(jì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020]實(shí)施例1
[0021]1.Co納米空心球顆粒制備
[0022](I)鐵核心制備:
[0023]a.取 69.5g FeSO4.7H20,配 0.5mol/L 的溶液 500mL ；
[0024]b.在150mL氨水中加入50mL去離子水備用，稱量4.5g NaBH4加入上述備用氨水中；
[0025]c.在機(jī)械攪拌下，上述兩者混合并加熱至80°C，約15分鐘后杯壁有光亮銀鏡，氣泡消失，反應(yīng)結(jié)束，鐵核心生成。
[0026](2)包覆 Co:
[0027]a.分別取用218&^04和酒石酸鉀鈉，IOg NaOH,分別取一定量的蒸餾水溶解，之后混合配成絡(luò)合比1:1的PH>13的溶液，用容量瓶定容1L，取用500mL ；
[0028]b.取上述步驟的鐵核心加入500mL鍍液,取用IOmL水合肼稀釋至40mL逐漸加入開始反應(yīng)，在50°C下超聲攪拌，20— 40分鐘后混合溶液澄清，無氣泡，幾乎無色，反應(yīng)結(jié)束。
[0029](3)溶解核心:
[0030]取鹽酸月9mL稀釋至約SOOmL常溫下加入上述制備的粒子，待鐵溶解完畢，可得最終產(chǎn)物Co納米空心球顆粒。
[0031]所得Co納米空心球顆粒的掃描電鏡圖如圖1所示。
[0032]2.焊料制備[0033]所制備焊料中Sn球、Ag粉和Co納米空心球顆粒粉相關(guān)參數(shù)如表所示。
[0034]表:熔煉焊料合金時(shí)所用的金屬
【權(quán)利要求】
1.一種Co納米空心球顆粒添加的低銀系無鉛焊料，其特征在于在低銀系錫基無鉛焊料中添加Co納米空心球顆粒，該焊料的組成以質(zhì)量百分比計(jì)為: Ag:0.3—1.3% ；Co納米空心球顆粒:0.05%—1% ;其余為Sn。 其中Co納米空心球顆粒粒徑為20— 60nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料，其特征在于Ag占焊料成分的重量百分比為1%，Co納米空心球顆粒占焊料成分的重量百分比為0.1%—0.5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無鉛焊料，其特征在于Co納米空心球顆粒占焊料成分的重量百分比為0.5%。
【文檔編號(hào)】B23K35/26GK103978320SQ201410228874
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】張雪超, 趙修臣 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)