CN102019514A - 三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法 - Google Patents

三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法，属于复合无铅焊料技术。所述复合焊料是在质量比为96.5∶3∶0.5的锡银铜焊料中，含有质量比为1％-5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒。该焊料制备方法包括以下过程：首先将质量比为1％-5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂放入烧杯，并置于超声波清洗机中震荡1小时，再加入锡银铜焊膏，手工搅拌30分钟，制备出复合焊膏。将复合焊膏置于陶瓷基板上，放入回流炉中在最高温度为538K下回流，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊料。所制备复合焊料中基体组织β-Sn相得到细化，Ag3Sn相的长大被抑制。

Description

三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法，属于复合无铅焊膏技术。
背景技术
电子封装连接半导体芯片和电子系统的桥梁，是实现电子器件可靠服役的关键环节之一。其中作为连接材料的焊料合金提供了电子器件必不可少的电气、导热和机械连接，其焊接性能直接影响着整个电子设备的服役寿命。传统铅锡焊料以优异的性能低廉的价格在现代电子装配工业中得到广泛应用。但是，随着人类环保意识的加强，铅及其化合物对人体的危害及对环境的污染，越来越被人类所重视。其中，美国国会于1992年提出Reid法案，禁止在电子组装行业中使用含铅材料。欧盟的WEEE(The Waste Electrical andElectronic Equipment，电子电气设备废弃)和RoHS(Restriction of Hazardous Materials，有害物质限制法案)规定，自2006年7月1日起，在欧盟市场上销售的全球任何地方生产的属于规定类别内的电子产品中不得含铅。在日本，“家用电子回收法案”强调了对铅的限制和循环使用。JIEP(Japan Institute of Electronics Packaging)要求从2003年起新产品全部采用无铅焊料[4，6]。到目前为止我国虽然还没有禁止含铅焊料的相关立法，但国家信息产业部于2004年2月24日通过了《电子信息产品污染防治管理办法》，并于2005年1月1日起施行，该《办法》规定自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录的电子信息产品中不得含有铅、汞、六价铬等有毒有害物质。但我国电子产品无铅化技术的研究起步较晚，有自主知识产权的商业化无铅电子产品更是寥寥无几，因此，材料科学工作者面临着使用无铅焊料取代传统铅锡焊料的挑战，新型无铅焊料的研发已成为材料科学的前沿课题之一。
为了得到具有优异机械性能的焊接材料，在已有成熟的焊接材料中采用复合的方法加入增强颗粒以提高焊料的性能一直是许多研究者努力的方向。美国Akron大学的研究人员通过在锡铅焊料中加入质量比为1％到2％氧化钛纳米颗粒生成复合焊料使其显微硬度最高提高了50％。美国贝尔实验室的Mavoori博士，将陶瓷粉末氧化钛和三氧化二铝与Sn-37Pb焊粉混合而制备的复合焊料合金具有较高的抗蠕变能力(与80Au-20Sn焊料合金相当或优于后者)。新加坡国立大学的Gupta教授通过在锡3.5银0.7铜焊料合金中添加碳纳米管生成复合焊料，使焊料合金的润湿性能及力学性能得到提高。然而，纳米颗粒、纤维等增强相具有极高的表面能使其自身容易“团聚”，使复合焊料合金中增强相的理想均匀分布非常难以实现。另外，陶瓷及惰性金属纳米颗粒与焊料合金间润湿不良导致增强相与基体组织结合不良(容易出现界面开裂)的问题非常棘手。这些缺点限制了复合无铅焊料合金的广泛应用。
发明内容
本发明目的是提供一种三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏及其制备方法，其中三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒可以和锡原子稳定结合，细化传统锡银铜焊料合金的基体组织，抑制针状金属间化合物Ag3Sn的生成，而且制备方法简单。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏，其特征在于，在质量比为96.5∶3∶0.5的锡银铜无铅焊膏中，含有质量比为1％-5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒。
上述的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏制备方法，其特征在于包括以下过程：
首先质量比为1％-5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏。
本发明优点是通过三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒的加入能显著细化锡银铜无铅焊料基体组织富锡相β-Sn，抑制对焊接不利的大块金属间化合物Ag3Sn的形成与生长，使焊料合金的机械性能得到提高。
附图说明
图1是没有加入三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒的锡银铜无铅焊料回流后的扫描电镜照片，其中黑色基体为富锡相β-Sn，其平均晶粒尺寸为20-50μm，白色针状颗粒为金属间化合物Ag3Sn并不均匀地聚集在焊料基体中，其平均长度为10-15μm.
图2是加入1％三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒的锡银铜无铅焊料回流后的扫描电镜照片，其中白色条状的金属间化合物Ag3Sn表面球化成颗粒状，均匀分布在富锡相β-Sn基体中，其平均晶粒尺寸为0.41-0.45μm，组织得到加细化。
图3是加入3％三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒的锡银铜无铅焊料回流后的扫描电镜照片，其中白色颗粒为金属间化合物Ag3Sn，均匀分布在焊料基体中，其平均晶粒尺寸为0.39-0.43μm，组织得到进一步加细化。
图4是加入5％三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒的锡银铜无铅焊料回流后的扫描电镜照片，其中白色颗粒为金属间化合物Ag3Sn，均匀分布在焊料基体中，其平均长度为0.25-0.3μm，组织得到更加细化。
具体实施方式
例1
首先质量比为1％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏。
例2
首先质量比为2％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏
例3
首先质量比为3％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏。
例4
首先质量比为4％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏。
例5
首先质量比为5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏。

Claims (2)

1.一种三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏，其特征在于，在质量比为96.5∶3∶0.5的锡银铜无铅焊膏中，含有质量比为1％-5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒。
2.一种按权利要求1所述的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏的制备方法，其特征在于包括以下过程：首先质量比为1％-5％的三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒和免清洗助焊剂一起放入烧杯中，混合后在超声波清洗机中震荡1小时以均匀分散三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒形成浆状物。然后将锡银铜焊膏放入烧杯内与分散好的浆状物手工搅拌30分钟，以确保三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒与焊膏均匀混合，即可得到复合三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷颗粒增强型锡银铜复合焊膏。
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