CN103071942A - 一种原位合成磁性相颗粒的低温焊料基复合焊料及其制备方法 - Google Patents

一种原位合成磁性相颗粒的低温焊料基复合焊料及其制备方法 Download PDF

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周健
薛烽
姚瑶
陈旭
张�成
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Abstract

本发明涉及一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料，包括低温焊料基体和磁性相颗粒，其中磁性相颗粒为在焊料基体中原位合成的弥散分布的微米级颗粒，低温焊料基体为锡-铋基无铅焊料，其中铋占锡-铋基焊料基体重量百分比为35～59％，磁性相颗粒为锰铋相，占整个复合焊料重量百分比为1～15％，其中锰占锰铋相重量百分比为20.8％。制备时步骤如下：按照配比准备锡-铋基焊料基体，并且按照所需锰元素的配比准备锡-锰中间合金，将其加入熔炼炉中混合加热至熔化，保温；在熔融条件下冷却至280～290℃温度区间内，保温；然后快速冷却至室温，即可得到复合焊料。

Description

一种原位合成磁性相颗粒的低温焊料基复合焊料及其制备方法
技术领域
本发明属于电子器件焊接及表面封装材料领域，特别涉及一种复合无铅焊料及其制备方法。
背景技术
由于铅对人体和环境的巨大危害性，锡-铅焊料已逐步为无铅焊料所取代。在众多无铅焊料体系中锡-铋基焊料由于其熔点较低(138℃)、蠕变特性好，特别适用于芯片等电子器件的低温焊接。但是锡-铋基焊料的润湿性、抗拉强度、延伸率等性能都存在一定缺陷，目前的研究中，主要靠合金化和微合金化来改善锡-铋基焊料的润湿性和加工性能。
磁性颗粒复合焊料的研究目前主要集中在锡-银-铜基体内加入铁磁性颗粒，达到三维控制、局部感应加热的目的。也有磁性颗粒用于提高润湿性、流动性的研究。但是这些磁性颗粒都是通过外加的方法进行复合的，在熔融的状态下进行搅拌，造成焊料的大量氧化，工艺也较为繁复；或者采用粉末重熔的方法避免氧化，但工艺更为繁复，成本较高。
铋-锰合金的相图如图1所示。锰铋中间相有显著的铁磁性，在355℃发生铁磁-顺磁转变，在446℃完全分解。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料及其制备方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料，包括低温焊料基体和磁性相颗粒，其中磁性相颗粒为在焊料基体中原位合成的弥散分布的微米级颗粒，所述的低温焊料基体为锡-铋基无铅焊料，其中铋占锡-铋基焊料基体重量百分比为35～59％，所述的磁性相颗粒为锰铋相，占整个复合焊料重量百分比为1～15％，其中锰占锰铋相重量百分比的20.8％。
所述的磁性相颗粒的粒径为0.5～20um。
上述的一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料的制备方法，步骤如下：按照配比准备锡-铋基焊料基体，并且按照所需锰元素的配比准备锡-锰中间合金，将锡-铋基焊料基体和锡-锰中间合金加入熔炼炉中混合加热至550℃±20℃熔化，保温30min±10min；在熔融条件下以0.1～0.3℃/s的冷却速度冷却至280～290℃温度区间内，保温；然后快速冷却至室温，即可得到复合焊料。
本发明的有益效果是：磁性颗粒的引入方法为原位生成法，对比普通焊料及外加磁性颗粒制备的复合焊料具有很大的优点：
1)本发明的原位合成法避免了外加法带来的工艺和成本的缺陷，具有成本低、操作简便等优点。
2)原位合成的磁性相颗粒与基体的结合较外加颗粒更为优良，具有更紧密的结合力。
3)较普通焊料具有多种特殊的磁性能，且比外加磁性颗粒的磁性能更为显著。在方向一定的磁场下，拖拽力大，焊料的流动性强，可以更好地控制焊料的形状和路径，并且实现三维控制。流动破坏焊料表面的氧化膜以及通过磁场方向可以减小焊料的表面张力，焊料的润湿性显著提高。
4)由于具有良好的微观界面，磁性颗粒在基体中的均匀分布起到了颗粒增强的作用。锡-铋基焊料合金的抗拉强度可提高50％～100％，延伸率提高30％～50％，大大改善了锡-铋基焊料的加工性能，使其加工为焊丝的工艺更为简单。
附图说明
图1为铋-锰二元相图；
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明一种原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料，包括低温焊料基体和磁性相颗粒，其中磁性相颗粒为在焊料基体中原位合成的弥散分布的微米级颗粒，所述的低温焊料基体为锡-铋基无铅焊料，其中铋占锡-铋基焊料基体重量百分比为35％，所述的磁性相颗粒为锰铋相，占整个复合焊料重量百分比为1％，其中锰占锰铋相重量百分比为20.8％。所述的磁性相颗粒的的粒径为0.5～20um。
实施例2
一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料，包括低温焊料基体和磁性相颗粒，其中磁性相颗粒为在焊料基体中原位合成的弥散分布的微米级颗粒，所述的低温焊料基体为锡-铋基无铅焊料，其中铋占锡-铋基焊料基体重量百分比为47％，所述的磁性相颗粒为锰铋相，占整个复合焊料的重量百分比为15％，其中锰占锰铋相重量百分比为20.8％。所述的磁性相颗粒的粒径为0.5～20um。
实施例3
一种含原位合成磁性相颗粒的低温焊料基复合焊料，包括低温焊料基体和磁性相颗粒，其中磁性相颗粒为在焊料基体中原位合成的弥散分布的微米级颗粒，所述的低温焊料基体为锡-铋基无铅焊料，其中铋占锡-铋基焊料基体重量百分比为59％，所述的磁性相颗粒为锰铋相，占整个复合焊料重量百分比为8％，其中锰占锰铋相重量百分比的20.8％。所述的磁性相颗粒的的粒径为0.5～20um。
上述三个实施例中所述的一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料的制备方法，步骤如下：按照配比准备锡-铋基焊料基体，并且按照所需锰元素的配比准备锡-锰中间合金，将锡-铋基焊料基体和锡-锰中间合金加入熔炼炉中混合加热至550℃±20℃熔化，保温30min±10min；在熔融条件下以0.1～0.3℃/s的冷却速度冷却到280～290℃温度区间内，保温；然后快速冷却至室温，即可得到复合焊料。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料，其特征在于：包括低温焊料基体和磁性相颗粒，其中磁性相颗粒为在焊料基体中原位合成的弥散分布的微米级颗粒，所述的低温焊料基体为锡-铋基无铅焊料，其中铋占锡-铋基焊料基体重量百分比为35～59％，所述的磁性相颗粒为锰铋相，占整个复合焊料的重量百分比为1～15％，其中锰占锰铋相重量百分比为20.8％。
2.根据权利要求1所述的一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料，其特征在于：所述的磁性相颗粒的粒径为0.5～20um。
3.根据权利要求1所述的一种含原位合成磁性相颗粒的低温复合焊料的制备方法，其特征在于：步骤如下：按照配比准备锡-铋基焊料基体，并且按照所需锰元素的配比准备锡-锰中间合金，将锡-铋基焊料基体和锡-锰中间合金加入熔炼炉中混合加热至550℃±20℃熔化，保温30min±10min；在熔融条件下以0.1～0.3℃/s的冷却速度冷却到280～290℃温度区间内，保温；然后快速冷却至室温，即可得到复合焊料。
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