CN109822256A - 一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金材料技术领域，具体的说，是一种低熔点In‑Sn‑Bi合金钎料，及其制备方法。一种低熔点In‑Sn‑Bi合金钎料，该合金钎料按照重量份表示，包括如下组分：In 48‑51.5份、Sn 44‑47.5份、Bi 4‑6份。本发明所述的In‑Sn‑Bi合金钎料的熔点为96.8‑100.5摄氏度，相比In‑Sn共晶钎料合金熔点低近20摄氏度，In含量降低使成本降低，添加Bi元素提升了合金的润湿铺展能力，并且钎料中的Bi元素与In元素反应生成BiIn IMC，BiIn IMC的存在使其他IMC（In₃Sn和In_0.2Sn_0.8）的在富In和富Sn相的界面处生长受到抑制，这使In‑Sn‑Bi焊料的微观结构更精细。

Description

一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料及制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体的说，是一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料，及其制备方法。

背景技术

随着电子产品朝轻，薄，短，小，高功能化快速发展，柔性电子(或柔性电路)由于其重量轻、便携、高度可弯曲和潜在的可折叠特性等优点，十分灵活方便，广泛应用于各种电子封装和互连领域。其中异方性导电胶膜(ACFs)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碳酸酯(PC)基板已广泛应用作平板显示器和半导体封装应用中的互连材料。柔性电子器件使用焊料将功能器件安装到热敏感的柔性有机基板上，如聚酰亚胺或透明导电聚酯薄膜。柔性基板依赖于微芯片和基板上的导电图案传输信号，且粘接期间的粘结温度一般不高于150℃。在这方面，由于In(8.4×10^-6Ωcm)和Sn(11.5×10^-6Ωcm)的存在，In-Sn焊料的共晶成分具有10.0-15.0×10^-6Ωcm的固有低电阻率，可以在微芯片和基板上的导电图案之间快速传输电子/电信号。此外，In-Sn共晶焊料还具有118℃的低熔点，这使得可以在具有低热阻的塑料基板上回流焊料成为可能。最近，由于各种温度敏感的应用，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碳酸酯(PC)基板等聚合物基板在温度略高于110℃的条件下回流后表现出相当大的热损伤，导致PET变形，使基材失效，导致In-Sn共晶钎料应用于平板显示器和半导体封装应用受到限制。根据冶金原理，加入某种添加剂可以进一步降低焊料熔化温度，从而使焊料回流成为可能。因此，对In-Sn共晶焊料进行改性以满足平板显示器和半导体封装应用在低于110℃温度下焊接成为当务之急。

发明内容

为了克服现有技术的不足，适应现实需要，本发明提供一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料，同时公开其制备方法。

本发明采用如下技术手段实现：

一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料，该合金钎料按照重量份表示，包括如下组分：

In 48-51.5份、Sn 44-47.5份、Bi 4-6份。

所述合金钎料的熔点为96.8-100.5摄氏度。

本发明同时公开了一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料的制备方法，包括以下工艺步骤：

S1.混合：选取In、Sn、Bi的粉末，按所述的配方比例混合均匀；

S2.将粉末放入氧化铝坩埚中，然后将加热升温到400摄氏度，之后保持400摄氏度熔化15分钟；

S3.气体雾化：将熔融状态的液体雾化以形成小液滴，所述雾化压力为75巴，雾化气体为氦气，雾化后，得到In-Sn-Bi钎料粉末；

S4.制备焊膏：使用三辊研磨机将气体雾化的焊料粉末与环氧树脂和聚乙二醇以90：5：5的重量比混合，制成焊膏。

所述步骤S2中，从室温到400摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时15分钟。

本发明的有益效果为：

本发明所述的In-Sn-Bi合金钎料的熔点为96.8-100.5摄氏度，相比In-Sn共晶钎料合金熔点低近20摄氏度，In含量降低使成本降低，添加Bi元素提升了合金的润湿铺展能力，并且钎料中的Bi元素与In元素反应生成BiIn IMC，BiIn IMC的存在使其他IMC(In₃Sn和In_0.2Sn_0.8)的在富In和富Sn相的界面处生长受到抑制，这使In-Sn-Bi焊料的微观结构更精细。此外，In-Sn-Bi合金钎料在50-90摄氏度表现出超塑性和很强的韧性，成本低，适用于柔性微电子封装领域的焊接技术，有利于大规模生产。

附图说明

图1是In-48Sn共晶焊料在不同温度条件下与各实施例伸长率的对比示意图；

图2是In-48Sn共晶焊料在不同温度条件下与各实施例韧性改变的对比示意图。

具体实施方式

实施例一：

一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料，该合金钎料按照重量份表示，包括如下组分：

In 48份、Sn 44份、Bi 4份。

本实施例中的合金钎料的熔点为100.5摄氏度。

本发明同时公开了一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料的制备方法，包括以下工艺步骤：

S1.混合：选取In、Sn、Bi的粉末，按所述In 48份、Sn 44份、Bi 4份的配方比例混合均匀；

S2.将粉末放入氧化铝坩埚中，然后将加热升温到400摄氏度，之后保持400摄氏度熔化15分钟；

S3.气体雾化：将熔融状态的液体雾化以形成小液滴，所述雾化压力为75巴，雾化气体为氦气，雾化后，得到In-Sn-Bi钎料粉末；

S4.制备焊膏：使用三辊研磨机将气体雾化的焊料粉末与环氧树脂和聚乙二醇以90：5：5的重量比混合，制成焊膏。

所述步骤S2中，从室温到400摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时15分钟。

实施例二：

本实施例中，合金钎料的材料配比为，In 48.5份、Sn 47份、Bi 4.5份。该合金材料的熔点为100.2摄氏度。其余与实施例一相同，不赘述。

实施例三：

本实施例中，合金钎料的材料配比为，In 49.5份、Sn 45.5份、Bi 5份。该合金材料的熔点为99.1摄氏度。其余与实施例一相同，不赘述。

实施例四：

本实施例中，合金钎料的材料配比为，In 48份、Sn 46份、Bi 5.5份。该合金材料的熔点为98.8摄氏度。其余与实施例一相同，不赘述。

实施例五：

本实施例中，合金钎料的材料配比为，In 50份、Sn 44份、Bi 6份。该合金材料的熔点为97.1摄氏度。其余与实施例一相同，不赘述。

实施例六：

本实施例中，合金钎料的材料配比为，In 51.5份、Sn 47.5份、Bi 6份。该合金材料的熔点为96.8摄氏度。其余与实施例一相同，不赘述。

对比例1

一种低温In-48Sn共晶,以质量百分比计,该钎料合金包含：In(铟)52％、Sn(锡)48％，该焊料合金熔点为118摄氏度。

测试实验

1、熔点测量

熔点测试在升温速率均为10℃/min条件下利用STA449F5差热扫描量热仪(DSC)测试,样品质量为10mg，数值处理为软件自动计算得出,并以DSC曲线峰值温度记为钎料合金熔点值。

2、润湿性测试条件为：

称取0.1g的合金与一定量焊剂混合置于尺寸20×20×2mm的无氧铜板(铜板表面除氧除污)，然后将铜板放在回流焊炉上加热至110摄氏度，待焊料熔化铺展后静止冷却到室温形成焊点，采用图片处理软件测量焊点的铺展面积。

3、力学性能测试

参照日本工业标准JIS-Z3198工制备拉伸样试样，拉伸试验(1kN容量)在万能试验机(Instron 5543)上进行力学测试。应变速率为0.002s^-1，每个数据点测试三个试样取平均值。

表1钎料合金熔点及润湿性能比较

与现有技术相比,本发明制备的合金钎料相比In-Sn共晶焊料熔点进一步降低，润湿性提高，微观结构更精细。In-Sn-Bi合金钎料在50-90摄氏度表现出超塑性和很强的韧性，成本低，适用于柔性微电子封装领域的焊接技术，有利于大规模生产。

为更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但本发明的要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

Claims (4)

1.一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料，其特征在于，该合金钎料按照重量份表示，包括如下组分：In 48-51.5份、Sn 44-47.5份、Bi 4-6份。

2.根据权利要求1所述的低熔点In-Sn-Bi合金钎料，其特征在于：所述合金钎料的熔点为96.8-100.5摄氏度。

3.一种由权利要求1所述的低熔点In-Sn-Bi合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

S1.混合：选取In、Sn、Bi的粉末，按所述的配方比例混合均匀；

S2.将粉末放入氧化铝坩埚中，然后将加热升温到400摄氏度，之后保持400摄氏度熔化15分钟；

S3.气体雾化：将熔融状态的液体雾化以形成小液滴，所述雾化压力为75巴，雾化气体为氦气，雾化后，得到In-Sn-Bi钎料粉末；

S4.制备焊膏：使用三辊研磨机将气体雾化的焊料粉末与环氧树脂和聚乙二醇以90：5：5的重量比混合，制成焊膏。

4.根据权利要求3所述的低熔点In-Sn-Bi合金钎料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，从室温到400摄氏度的升温过程为缓慢加热过程，耗时15分钟。