CN100509218C - 低熔点纳米无铅焊料合金粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低熔点纳米无铅焊料合金粉术的制备方法，属无铅焊料合金及电子封装技术领域。本发明的工艺过程和步骤如下：①将Sn基无铅焊料母合金制成棒状电极的阴极和阳极；②将上述阴极和阳极通过电极夹具放在电槽中，电槽内放有液体石蜡保护介质；③用直流弧焊机通入直流电流，其大小范围为5～100A；然后将阴、阳两个电极对中，使其接触产生电弧，不断多次重复该过程；④将由上述过程所制得的沉淀物纳米粉末和液体石蜡介质通过分离装置进行分离，即得到低熔点纳米无铅焊料合金粉末。该粉末的平均粒径为50nm，具有较低的熔点，可用于电子封装领域。

Description

低熔点纳米无铅焊料合金粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及一种低熔点纳米无铅焊料合金粉末的制备方法，属无铅焊料合金及电子封装技术领域。

背景技术

传统的Sn-Pb焊料因其具有良好的焊接性能和使用性能而具有悠久的历史，但是随着对Pb毒性的认识以及欧盟WEEE/ROHS法案在2006年7月1日起的实施，无铅焊料来代替传统的锡铅焊料已是大势所趋。目前，以三元Sn-Ag-Cu为主的无铅焊料合金已经广泛应用于电子封装领域。尽管如此，无铅焊料合金成分的熔点一般在217～221℃，远高于过去传统Sn-37Pb合金的183℃的熔点。由于目前的电子封装技术、电子元器件以及封装生产线等是基于Sn-37Pb焊料合金发展起来的，因此采用Sn-Ag-Cu焊料成分在解决环境保护的问题后，又带来了新的问题，即此举不仅会消耗更多能源，而且对电路板和元器件的可靠性将产生不利影响，对电子产品的可靠性和提高封装密度不利。为了克服现无铅焊料的缺点，开发具有较高封装可靠性的环境友好的新型无铅焊料成分或者开发新技术降低已为社会所接受的无铅焊料成分的熔点是两条根本的解决途径，而后者无疑更为直接有效。因此开展新型无铅焊料的制备技术研究就显得尤为重要。利用纳米液滴的尺寸效应开发新型低熔点纳米无铅焊料合金，通过将无铅焊料合金制备成为具有纳米尺寸的粉末，则可以降低无铅焊料的熔点，从而大大提高无铅焊料的质量，并降低电子工业应用无铅焊料的成本。

本发明所述的大幅度降低无铅焊料合金熔点的制备技术是完全不同于其他方法的一项新的发明技术。本发明申请人采用纳米+无铅焊料+熔点(nano-size+lead-freesolder+melting temperature or melting point)作为关键词检索了美国的《金属文摘》(Metals Abstracts)、美国的《工程文摘索引》(EI)、我国的《中国期刊网》和《维普中文期刊数据库》等科技文献索引，均没有查到完全相关文献。申请人还检索了美国专刊文摘和刚洲专利文摘(EP—PCT)、《中国专利信息网》和《中华人民共和国国家知识产权局专利检索》也没有发现同类专利。

发明内容

本发明的目的是提供一种低熔点纳米无铅焊料合金粉末的制备方法。更具体地说，本发明的目的是提供一种采用直流电弧法制备低熔点纳米焊料合金粉末的方法。

本发明一种低熔点纳米无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先将Sn基无铅焊料母合金制成棒状电极的阴极和阳极；

b.将上述的阴极和阳极通过电极夹具放置在直流电弧法制备纳米粉末的电槽中，电槽中放有液体石蜡保护介质，所述的阴极和阳极浸没于液体石蜡保护介质中；

c.调节控制与所述阴极和阳极电极夹具导线相连的直流弧焊机的电流，控制直流电流大小范围为5～100A；然后将阴、阳两个电极对中，使其接触产生电弧，不断多次重复该过程；

d.将由上述过程所制得的沉淀物纳米粉末和液体石蜡介质的混合液静置一段时间，待其沉淀后，将纳米粉末分离出来，并将其保存在防氧化介质中，待用；该产物即为低熔点纳米无铅焊料合金粉末。

本发明方法的机理是：利用直流电弧法将Sn基无铅焊料合金制成纳米粉末，利用纳米粉末的尺寸效应，使Sn基无铅焊料合金的熔点降低。

本发明方法可适用于降低Sn基无铅焊料合金的熔点，如Sn-Ag-Cu、Sn-Co-Cu等Sn基无铅焊料合金。

本发明工艺简单，成本低廉，对于大幅度降低Sn基无铅焊料合金熔点具有明显效果。

附图说明

图1为实验所得Sn-3.0 Ag-0.5 Cu无铅焊料合金粉末经示差扫描量热计(DSC)测试的曲线图。

其中(a)为大块合金的DSC测试结果；(b)为纳米合金粉末的DSC测试结果。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例选择Sn-Ag-Cu这一典型的无铅焊料合金成分为母合金材料。

本实施例的具体工艺步骤如下：

(1)首先将Sn-3.0 Ag-0.5 CU(wt％)无铅焊料母合金制成棒状电极的阴极和阳极；

(2)将上述的阴极和阳极通过电极夹具放置在直流电弧法制备纳米粉末的电槽中；电槽中放有液体石蜡保护介质，所述的阴极和阳极浸没于液体石蜡保护介质中；

(3)调节控制与所述阴极和阳极电极夹具导线相连的直流弧焊机的电流，控制直流电流为20A；然后将阴、阳两个电极对中，使其接触产生电弧，不断重复三次该过程；

(4)将通过上述过程所制得的纳米粉粉末和液体石蜡介质的混合液静置1小时；此时的液体石蜡介质既是保护介质又是冷却介质；待其沉淀后，将纳米粉末分离出来，并将其保存在防氧化介质中，待用；该产物即为低熔点纳米Sn-Ag-Cu无铅焊料合金粉末。

将本实施例所中所得的低熔点纳米无铅焊料合金粉末，通过扫描电子显微镜(SEM)观察，并测得该纳米合金粉末的平均粒径约为50nm。

对本实施例中所得的Sn-3.0 Ag-0.5 Cu无铅焊料合金对示差扫描量热计(DSC)测试结果，可见附图中的图1，图1为Sn-3.0 Ag-0.5 Cu无铅焊料合金的DSC测试曲线图。其中(a)为大块合金的DSC测试结果；(b)为纳米合金粉末的DSC测试结果。

从图1可以看出，Sn-3.0 Ag-0.5 Cu无铅焊料合金纳米化后的熔点相对于大块母合金降低了将近10℃，熔点降低的幅度是明显的。

Claims (1)

1.一种低熔点纳米无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先将Sn基无铅焊料母合金制成棒状电极的阴极和阳极；

b.将上述的阴极和阳极通过电极夹具放置在直流电弧法制备纳米粉末的电槽中，电槽中放有液体石蜡保护介质，所述的阴极和阳极浸没于液体石蜡保护介质中；

c.调节控制与所述阴极和阳极电极夹具导线相连的直流弧焊机的电流，控制直流电流大小范围为5～100A；然后将阴、阳两个电极对中，使其接触产生电弧，不断多次重复该过程；

d.将由上述过程所制得的沉淀物纳米粉末和液体石蜡介质的混合液静置一段时间，待其沉淀后，将纳米粉末分离出来，并将其保存在防氧化介质中，待用；该产物即为低熔点纳米无铅焊料合金粉末。

Images