本發(fā)明屬于電子封裝用焊料合金制備方法，具體涉及核殼結(jié)構(gòu)的錫基抗氧焊料合金制備方法。

背景技術(shù)：

1、錫基焊料合金因具有熔點較低、綜合性能良好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于波峰焊、浸焊等電子焊接工中。相較于回流焊和選擇焊，雙峰波峰焊和浸焊的的大面積熔池將焊料表面暴露在大氣條件下，?造成焊料表面氧化嚴重，浮渣增多的現(xiàn)象，易導(dǎo)致焊點可靠性能下降和焊后外觀不佳等問題。故在錫基焊料制備和使用過程中，添加足量的且具有抗氧性能的微合金元素較為關(guān)鍵。

2、在焊料合金樣品制備過程中，從合金元素角度來說，因溶解度低或熔點高等因素，抗氧元素的添加方式分為單質(zhì)形式和中間合金形式。若采用中國專利cn106271187a公開的直接向錫合金熔體中加入抗氧金屬元素單質(zhì)，如ge熔點接近938℃，需要較高熔煉溫度，能耗較大；p則易燃，存在安全風(fēng)險，且易燒損；ga的熔點(30℃左右)遠低于主流無鉛焊料合金熔點（210~230℃），易燒損，且p、ge和ga元素易富集在焊料熔體表面，直接以單質(zhì)加入，一方面成分易偏析，另一方面三種抗氧元素易裹挾在錫渣中，造成合金基體中的抗氧元素含量遠低于設(shè)計值。另外如果采用如日本專利jp4445046b2和中國專利cn?112322929?a公開的簡單向錫池中投入抗氧中間合金sn-p-ge-ga的方式，因抗氧合金密度和焊料合金熔體接近，且抗氧元素易在表面富集和易在高溫條件下氧化和燒損，導(dǎo)致實際合金基體中的抗氧元素含量低于初始添加量，預(yù)期的焊料靜態(tài)和動態(tài)抗氧性能會顯著降低。

3、在實際焊料產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，從提高焊料抗氧化性能途徑來說，通常在焊料合金熔體中加入氯化銨（見中國專利cn106271187a）和氟化物（見中國專利cn114833490a）加以攪拌來制備焊料合金產(chǎn)品，但含氯、含氟等化工物料在焊料熔融高溫下易揮發(fā)出刺鼻或者有毒氣體，不僅影響操作人員健康而且對環(huán)保產(chǎn)生不利影響。另外添加中間合金輔以在合金表面覆蓋松香（見中國專利cn115383349a）也是減少焊料氧化，提高金屬收益率的途徑，但存在缺乏松香選型用量不適合導(dǎo)致煙氣擴散、合金表面碳化物過多影響熔體凈化或焊料抗氧效果不佳等局限。還有使用不銹鋼和石墨鐘罩將金屬壓入熔體底部并保持一段時間直至全部熔化的方式，但不銹鋼中的fe、cr等元素和石墨中的碳雜質(zhì)元素易夾雜在焊料合金中，影響焊點可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，以改善抗氧焊料制備過程中直接放置抗氧合金熔體表面導(dǎo)致合金元素溶解不充分，元素易氧化失效，從而抗氧元素收得率低，產(chǎn)渣多，以及焊料使用過程中抗氧化性能不能達到預(yù)期等問題，有效提高靜態(tài)熔體表面抗氧化性能，提升動態(tài)熔體表面鏡面保持狀態(tài)。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，是以抗氧中間合金塊為基體，用高軟化點的松香包覆抗氧中間合金塊，然后包裹錫箔作為次外層，再包覆氮化硼鏤空模具作為最外層，形成抗氧中間合金-松香-錫箔-氮化硼涂層鏤空模具的核殼結(jié)構(gòu)；所述抗氧中間合金塊為snpga抗氧中間合金塊或者snpge抗氧中間合金塊。為了增強p、ga、ge元素的協(xié)同抗氧化效果，snpga抗氧中間合金中，p與ga的質(zhì)量比為1:5；snpge抗氧中間合金中，p與ge的質(zhì)量比為1:2。所述高軟化點松香和抗氧中間合金的質(zhì)量比為0.02:1，可以在消除氧化層和促進潤濕的同時，減少松香揮時產(chǎn)生的煙氣量。所述抗氧中間合金塊和氮化硼涂層鏤空模具的體積比為1:1.3。便于放置抗氧中間合金和保護模具，獲得核殼結(jié)構(gòu)的多元錫基抗氧焊料中間合金。

4、所述核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，包括以下步驟：

5、（1）在氬氣保護條件下，采用密閉熔煉爐制備抗氧中間合金塊；

6、（2）使用不銹鋼帶蓋的鏤空模具，在不銹鋼表面均勻噴涂氮化硼涂層，將模具置于80℃烘烤2小時，獲得氮化硼涂層鏤空模具。氮化硼涂層鏤空模具不僅具有抗溶蝕的高熱穩(wěn)定性，且因重力作用可克服錫合金熔體密度自動下沉至合金熔體底部，無需手工按壓；

7、（3）將高軟化點ke604松香在燒杯中加熱至150℃，將抗氧中間合金塊浸入熔融松香，保持2?s后，快速提起抗氧中間合金塊，此時在抗氧中間合金塊表面已包覆松香層，可去除抗氧中間合金表面氧化物。在松香層外包裹一層錫箔，再打開氮化硼涂層鏤空模具的蓋子，將松香和錫箔包覆的抗氧中間合金塊放入氮化硼涂層鏤空模具后蓋上蓋子，獲得核殼結(jié)構(gòu)的多元錫基抗氧中間合金；最后再將核殼結(jié)構(gòu)的多元錫基抗氧中間合金加入到280℃的錫合金熔體中，澆鑄于模具中，制備得到所述錫基抗氧焊料合金。

8、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

9、本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)的多元錫基抗氧中間合金，相比于單質(zhì)ge金屬和snp、snge二元中間合金直接添加，抗氧元素收得率大幅提高，超過了90%，即抗氧元素名義含量和實際含量差距進一步縮小，抗氧元素添加精確度得到顯著提高。

10、本發(fā)明的多元抗氧中間合金以核殼結(jié)構(gòu)形式添加到焊料中，焊料的抗氧化性能得到顯著提升，包括靜態(tài)熔體表面能夠保持鏡面狀態(tài)，靜態(tài)氧化增重量，動態(tài)鏡面保持時間，動態(tài)循環(huán)刮渣產(chǎn)渣量等均有大幅改善。

11、（3）本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)的多元錫基抗氧中間合金，相比于單質(zhì)ge金屬和snp、snge二元中間合金以高于320℃的錫基合金熔體溫度直接添加，核殼結(jié)構(gòu)多元錫基抗氧合金對應(yīng)的錫合金熔體溫度僅需280℃，合金熔煉溫度進一步降低，焊料合金制備能耗得到降低。

12、（4）本發(fā)明的殼結(jié)構(gòu)的多元錫基抗氧中間合金添加到焊料中，因重力作用沉至熔體底部，可有效減少氧化和燒損且抗氧中間合金充分溶解，縮短攪拌時間和熔煉時間，提升抗氧焊料制備效率。

13、（5）本發(fā)明的核殼結(jié)構(gòu)多元錫基抗氧合金添加到焊料中，不會生成氯氣等刺激性氣體，改善操作環(huán)境，且有效降低錫渣的生成量，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

技術(shù)特征：

1.核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，其特征在于，以抗氧中間合金塊為基體，用高軟化點的氫化松香衍生物ke604包覆抗氧中間合金塊，然后包裹錫箔作為次外層，再包覆氮化硼鏤空模具作為最外層，形成抗氧中間合金-松香-錫箔-氮化硼涂層鏤空模具的核殼結(jié)構(gòu)；所述抗氧中間合金塊為snpga抗氧中間合金塊或者snpge抗氧中間合金塊，snpga抗氧中間合金中，p與ga的質(zhì)量比為1:5；snpge抗氧中間合金中，p與ge的質(zhì)量比為1:2；所述高軟化點松香和抗氧中間合金的質(zhì)量比為0.02:1，所述抗氧中間合金塊和氮化硼涂層鏤空模具的體積比為1:1.3。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，其特征在于，所述帶蓋的籠式不銹鋼鏤空模具由鏤空的上半球和下半球構(gòu)成。

技術(shù)總結(jié)
核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金的制備方法，其特征在于，以抗氧中間合金塊為基體，用高軟化點的松香包覆抗氧中間合金塊，然后包裹錫箔作為次外層，再包覆氮化硼鏤空模具作為最外層，形成抗氧中間合金?松香?錫箔?氮化硼涂層鏤空模具的核殼結(jié)構(gòu)；所述抗氧中間合金塊為SnPGa抗氧中間合金塊或者SnPGe抗氧中間合金塊，SnPGa抗氧中間合金中，P與Ga的質(zhì)量比為1:5；SnPGe抗氧中間合金中，P與Ge的質(zhì)量比為1:2；所述高軟化點松香和抗氧中間合金的質(zhì)量比為0.02:1，所述抗氧中間合金塊和氮化硼涂層鏤空模具的體積比為1:1.3。本發(fā)明方法制備得到的核殼結(jié)構(gòu)錫基抗氧焊料合金，可顯著提升合金元素收得率，提高靜態(tài)熔體表面抗氧化性能，提升動態(tài)熔體表面鏡面保持狀態(tài)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉晨,曾廣,蔡珊珊,陳晨,盧紅波,倪國剛,楊士玉,郭玲雪
受保護的技術(shù)使用者：云南錫業(yè)新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10