CN103386559A - 含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏 - Google Patents

Abstract

一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，属于焊接材料技术领域。其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为1-10:0.001。由于在配方中加入了纳米石墨，因而可以显著改善钎焊均匀性，避免钎焊焊点部位在服役过程中强度衰退；由于纳米石墨的加入，从而可使焊点部位的塑性显著提高，使焊接部位在服役过程中的力学稳定性显著提升；由于配方中不含有有害金属元素，因而能体现环保效果。

Description

含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，主要用于电子元器件的钎焊。

背景技术

由于含铅钎料如63Sn-37Pb以及60Sn-40Pb具有良好的钎焊性能、令人满意的力学性能和机械物理性能，并且由于成本相对低廉，因而在电子行业的电子产品封装工艺中一直处于优势地位。但是，随着欧盟颁布“WEEE”（关于废旧电子电器产品的指令）和“ROHS”（关于电子电器产品限制使用某些有害物质的指令），我国也颁布了《电子信息产品生产污染防治管理办法》，要求自2006年7月1日起向市场销售的国家重点监管目录内的电子信息产品不允许含有诸如铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯（PBB）和/或聚合溴化联苯乙醚（PBDE）的有害物质，从而使含铅钎料的应用受到制约，同时也为无铅钎料的发展和应用提供了机遇。

关于无铅钎料的技术信息可在公开的中国专利文献中见诸，如CN1281371C（颗粒增强的SnCu基复合钎料膏及其制备方法）、CN102699571A（一种用于石墨基复合材料连接的中温钎料及其制备方法）和CN103056544A（一种高抗蠕变特性的无铅钎料），等等。

又，以SnBi合金为代表的即SnBi系低温钎料能够在200℃以内实现对微电子产品的封装，并且由于这种钎料的导电性、导热性和力学性能可满足应用要求，因而在对温度敏感原件的封装中具有良好的优势和广阔的使用前景。这种钎料的技术信息同样可以在公开的中国专利文献中见诸，典型的如公布号CN102069313A推荐的一种高效软钎料膏的制备方法，以Sn、Ni、Re和Bi为原料在真空感应炉中并且在800-900℃下常压保温反应90-150min，再在加入助焊剂的状态下浇铸而得到软钎料。

SnBi系低温钎料虽然具有前述的长处，但是由于Bi本身性脆，并且还存在钎焊组织不均匀的欠缺，因而在服役过程中强度退化明显，影响封装的电子、微电子产品的持久使用乃至提前报废。

针对上述SnBi系低温钎料的技术问题，本申请人作长期的探索并且进行了反复的实验，终于找到了解决问题的办法，并且形成了下面将要介绍的技术方案。

发明内容

本发明的任务在于提供一种有助于显著改善钎焊组织的均匀效果而藉以避免在服役过程中强度退化、有利于提高焊点部位的塑性而藉以保障焊点部位的力学性能的稳定性和有益于摒弃有害金属元素而藉以体现环保效果的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏。

本发明的任务是这样来完成的，一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为1-10:0.001。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为1︰0.001。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为3︰0.001。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为5︰0.001。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为7︰0.001。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为10︰0.001。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的锡铋合金为锡铋合金粉末，其中：锡的质量百分比为42%，而铋的质量百分比为58%。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的纳米石墨的粒径为200-500nm。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的锡铋合金粉末的颗粒直径为40-60μm。

本发明提供的技术方案由于在配方中加入了纳米石墨，因而可以显著改善钎焊均匀性，避免钎焊焊点部位在服役过程中强度衰退；由于纳米石墨的加入，从而可使焊点部位的塑性显著提高，使焊接部位在服役过程中的力学稳定性显著提升；由于配方中不含有有害金属元素，因而能体现环保效果。

附图说明

图1为本发明配方中的纳米石墨的显微形貌照片。

图2为本发明对金属焊接后焊点部位的金相显微组织照片。

图3为本发明例举的比较例对金属焊接后焊点部位的金相组织照片。

具体实施方式

请见图1，该图示出了纳米石墨的显微形貌呈片状结构或者称鱼鳞状结构。

请见图2，该图示出了本发明含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏钎焊后的金相组织，可见SnBi加纳米石墨复合钎料膏焊后具有合金组织细小的特点。

请见图3，该图示出了SnBi无铅钎料膏钎焊后的金相组织，由于未加入纳米石墨，因此相对于图2金相组织较为粗大，不论是焊点部位强度持久性，还是塑性无法与图2媲美。

由于纳米石墨具有团聚性，因此在将其加入到SnBi合金粉末中时优选采用乙醇进行分散，具体的分散方法是：将纳米石墨加入到乙醇中，并且每100g纳米石墨配以100ml无水乙醇，超声振动5min。然后将纳米石墨与乙醇的悬浮液倒入助焊剂中，机械搅拌20min，形成助焊剂与纳米石墨的混合物。最后将锡铋合金粉末加入助焊剂与纳米石墨的混合物中，再机械搅拌20min，得到含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏。前述的助焊剂优选而非绝对限于地使用由中国江苏省常熟市协力焊接辅料有限公司生产的并且在本申请提出以前在市场广为销售的牌号为XL-A免洗助焊剂。

实施例1：

一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，除助焊剂外，其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为1︰0.001，其中，纳米石墨的粒径为200nm，锡铋合金为锡铋合金粉末，在该锡铋合金粉末中，锡的质量百分数为42%，而铋的质量百分数为58%，并且锡铋合金粉末的颗粒直径为40μm。

实施例2：

一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为3︰0.001，纳米石墨的粒径为300nm，锡铋合金粉末的颗粒直径为60μm。其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为5︰0.001，纳米石墨的粒径为500nm，锡铋合金粉末的颗粒直径为55μm。其余均同对实施例1的描述。

实施例4：

一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为7︰0.001，纳米石墨的粒径为400nm，锡铋合金粉末的颗粒直径为45μm。其余均同对实施例1的描述。

实施例5：

一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为10︰0.001，纳米石墨的粒径为350nm，锡铋合金粉末的颗粒直径为52μm。其余均同对实施例1的描述。

比较例：

一种SnBi系低温无铅钎料膏，按质量百分数配比，其成分为：87.5%的锡铋合金，12.5%的助焊剂。

由上述实施例1至5得到的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏与比较例相比较（经测试）具有下表所示的技术效果：

	抗拉强度/MPa	延伸长度/um
			比较例	57.84	154
实施例1	57.78	975
			实施例2	57.57	2210
实施例3	57.92	1250
			实施例4	57.80	1135
实施例5	87.65	1630

表中接头的形式为钎料合金区域为1mm×1mm×1mm的对接接头，拉伸速度为1um/s。从表中可以看出5个实施例的钎料膏钎焊后得到的接头抗拉强度几乎与比较例钎料膏钎焊后得到的接头抗拉强度相等，但是5个实施例得到的钎料膏钎焊后得到的接头的延伸长度要远高于比较例钎料膏钎焊后得到的接头。

下表是实施例2的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏与比较例钎料膏钎焊后得到的接头的抗拉强度及延伸长度的比较表。在100℃时效过程中抗拉强度和延伸长度的值。从表中可以看出比较例的钎料膏钎焊后得到的接头其抗拉强度和延伸长度几乎随着时效时间的延长而降低。而实施例2的钎料膏钎焊后得到的接头抗拉强度随时效时间的延长出现了微小的下降，下降幅度远小于比较例钎料膏钎焊后得到的接头；本发明的实施例2的钎料膏钎焊后得到的接头的延伸长度并未出现较大的下降。可见本发明含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏钎焊后得到的接头的服役过程中的力学性能稳定性要高于比较例钎料膏钎焊后得到的接头。

Claims (9)

1.一种含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于其组成中锡铋合金与纳米石墨的质量比为1-10︰0.001。

2.根据权利要求1所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为1︰0.001。

3.根据权利要求1所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为3︰0.001。

4.根据权利要求1所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为5︰0.001。

5.根据权利要求1所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为7︰0.001。

6.根据权利要求1所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金与纳米石墨的质量比为10︰0.001。

7.根据权利要求1所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金为锡铋合金粉末，其中：锡的质量百分比为42%，而铋的质量百分比为58%。

8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的纳米石墨的粒径为200-500nm。

9.根据权利要求7所述的含纳米石墨的SnBi系低温无铅钎料膏，其特征在于所述的锡铋合金粉末的颗粒直径为40-60μm。