CN109822256B - 一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料及制备方法 - Google Patents
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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In0.2Sn0.8)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
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In0.2Sn0.8)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 (2)
1.一种低熔点In-Sn-Bi合金钎料焊膏的制备方法,其特征在于,包括以下工艺步骤:
S1.混合:选取In、Sn、Bi的粉末均匀混合,各组分的比例按重量份表示为,In48-51.5份、Sn44-47.5份、Bi4-6份;
S2.将粉末放入氧化铝坩埚中,然后加热升温到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;该In-Sn-Bi钎料粉末的熔点为96.8-100.5摄氏度;
S4.制备焊膏:使用三辊研磨机将气体雾化的钎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。
2.根据权利要求1所述的低熔点In-Sn-Bi合金钎料焊膏的制备方法,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。
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