CN102492870B

CN102492870B - 电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉及其制备方法

Info

Publication number: CN102492870B
Application number: CN201110415739.5A
Authority: CN
Inventors: 刘兴军; 陈梁; 刘洪新; 王翠萍; 王建; 郁炎; 张锦彬; 黄艺雄; 施展
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: CN102492870A

Abstract

电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉及其制备方法，涉及一种用于电子封装的复合粉。电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉按质量百分比的组成为Sn为15％～20％，Bi为63％～73％，Cu为4％～15％，余量为Ag。将配制好的合金原料置入超音雾化设备中的熔炼坩埚内，通过真空机组对系统抽真空，充入保护气体，利用中频感应将原料熔炼成合金；待合金完全熔融后，拉出拔杆，使合金溶液流入导流管中，在液体流入雾化室的瞬间，利用高压氩气将其击碎成粉，待冷却后即成电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉。该工艺简单，成本低，效率高，污染少。

Description

电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于电子封装的复合粉，尤其是涉及一种电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉及其制备方法。

背景技术

随着电子工业的飞速发展，广泛应用于电子表面贴装领域的焊膏备受关注。焊膏是由合金钎料粉末与膏状助焊剂均匀混合而成，通常合金粉末约占焊膏质量分数的90％。目前开发出并可实现商业化的无铅焊料有40余种，所有的无铅焊料都利用Sn作为基体材料，通过加入Bi、Cd、In、Zn、Au、Ti、Ga、Hg、Cu、Sb和Ag等元素中的一种或几种来得到合适的熔点和焊接性能。由于传统的Sn-Pb焊料(如Sn-37Pb合金焊料)熔点低，焊接可靠性好且价格便宜，用以上无毒合金元素替代原焊料中的Pb都会导致焊料价格的上升，并且焊接性能没有Sn-Pb合金优越，因此，进一步研究无铅焊料的成分及其焊接可靠性是十分必要的。随着电路板不断向高集成度、高布线密度方向发展，电子行业对性能优越的焊膏的需求量越来越大，特别是在焊点密度更高、焊点体积更小的BGA领域，不仅要求焊膏的焊接可靠性好，同时还要求焊接温度较低，焊点的导电性能和导热性能优良。

本申请的发明人中的王翠萍教授和刘兴军教授2002年在《SCIENCE》上发表的文章“Formation of immiscible alloy powders with egg-type microstructure”(Vol.297，2002，pp.990-993)对复合粉的形成机理做了全面的解释。该文章同时也对复合粉在电子封装领域的应用做出了一些展望。本发明中的锡铋铜银弥散型复合粉也正是在这一系列原理的指导下设计和制备完成的。

中国专利CN101323020A公开一种低熔点核/壳型锡铋铜合金粉体及其制备方法，该成果由本专利发明人中的刘兴军教授和王翠萍教授共同研究完成。其特征在于各组分按质量百分比为：Sn：10～17％，Bi：50～70％，余量为铜。粉末为核/壳结构，壳层为富(Bi，Sn)相，熔点为255.3℃，核层为富(Cu，Sn)相，熔点为723.5℃，粉末颗粒大小为400～500μm。

发明内容

本发明的目的是为了解决BGA封装领域对高性能焊膏的需求问题，提供一种电子封装用锡铋铜银(Sn-Bi-Cu-Ag)合金弥散型复合粉及其制备方法。

所述电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉按质量百分比的组成为Sn为15％～20％，Bi为63％～73％，Cu为4％～15％，余量为Ag。

所述电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉的制备方法包括以下步骤：

1)将配制好的合金原料置入超音雾化设备中的熔炼坩埚内，通过真空机组对系统抽真空，充入保护气体，利用中频感应将原料熔炼成合金；

2)待合金完全熔融后，拉出拔杆，使合金溶液流入导流管中，在液体流入雾化室的瞬间，利用高压氩气将其击碎成粉，待冷却后即成电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉。

在步骤1)中，所述保护气体可采用氩气等；所述中频感应的频率可为67～72kHz。

本发明首先利用自行开发的热力学数据库，巧妙地利用液相调幅分解型合金的性质，通过计算相图来准确地预测多元合金中液相调幅分解反应存在的温度及成分范围，并计算两液相的体积分数以实现组织形态的设计，利用雾化法制粉工艺(粉体内外存在温度梯度而导致液相界面能的差别作为驱动力)，在重力场的条件下，不需要任何复合工艺，一次性制备具有高熔点相和低熔点相的复合粉体，其中低熔点相为富(Bi，Sn)相，为复合粉的基体相，熔点在122.8℃附近，可在较低的焊接温度下熔化将元器件焊接起来；高熔点相为富(Cu，Sn)相，弥散分布在基体相中，熔点在606.7℃附近，在焊接温度下不熔化，增强焊点的导电性能和导热性能。在雾化制粉工艺中，可以通过调节雾化气体的压力(改变冷却速度)控制高熔点相的颗粒大小和分布形态。

附图说明

图1为制备的Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的内部结构(复合粉分布形态中富(Bi，Sn)相为低熔点相，熔化温度为122.8℃)图。在图1中，标尺10μm。

图2为制备的Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的内部结构(复合粉分布形态中富Cu，Sn相为高熔点相，熔化温度为606.7℃)图。在图2中，标尺10μm。

图3为制备的Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的DSC曲线图。在图3中，横坐标为温度(℃)，纵坐标为信号(mW/mg)；箭头表示放热方向；熔化温度分别为122.8℃和606.7℃。

具体实施方式

实施例1

首先设计Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的成分比例，其中

然后根据各成分之间的比例利用气雾化法制备Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉。

制备方法

(1)根据成分比配制合金原料；

(2)将配比好的合金原料置入超音雾化设备中的熔炼坩埚内，通过真空机组对系统抽真空，待达到所需真空度后，充入保护气体高纯氩气，利用中频感应(67～72KHz)将原料熔炼成合金；

(3)待合金完全熔融后，拉出拔杆，使合金溶液流入导流管中，在液体流入雾化室的瞬间，利用高压氩气将其击碎成粉，待冷却后即成复合粉。

实施例2

首先设计Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的成分比例，其中

然后根据各成分之间的比例利用气雾化法制备Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉，制备方法同实施例1。

实施例3

首先设计Sn-Bi-Cu-Ag弥散型复合粉的成分比例，其中

实施例4

首先设计Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的成分比例，其中

实施例5

首先设计Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的成分比例，其中

图1和2给出制备的Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的内部结构图，复合粉分布形态中富(Bi，Sn)相为低熔点相，熔化温度为122.8℃，在较低的温度下熔化将电子器件焊接在电路板上；复合粉分布形态中富Cu，Sn相为高熔点相，熔化温度为606.7℃，在焊接温度下不熔化，增强焊点的导电性和导热性。由图1和2表明，可以通过调节雾化制粉工艺来调整高熔点相的颗粒大小和分布形态，使弥散型复合粉既能在低温条件下焊接性能优良又能使焊点具有良好的导电性和导热性，从而更好的应用于电子封装领域。

图3给出制备的Sn-Bi-Cu-Ag合金弥散型复合粉的DSC曲线图。

Claims

1.电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉，其特征在于按质量百分比的组成为Sn为15%～20%，Bi为63%～73%，Cu为4%～15%，余量为Ag；

所述电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉由以下方法制备：

1）将配制好的合金原料置入超音雾化设备中的熔炼坩埚内，通过真空机组对系统抽真空，充入保护气体，利用中频感应将原料熔炼成合金；

2）待合金完全熔融后，拉出拔杆，使合金溶液流入导流管中，在液体流入雾化室的瞬间，利用高压氩气将其击碎成粉，待冷却后即成电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉。

2.如权利要求1所述的电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉的制备方法，其特征在于在步骤1）中，所述保护气体采用氩气。

3.如权利要求1所述的电子封装用锡铋铜银合金弥散型复合粉的制备方法，其特征在于在步骤1）中，所述中频感应的频率为67～72kHz。