CN111347189A - 用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏及其制备方法，本发明通过各种填充剂、分散剂与金属粉末以及多晶金刚石粉末的配伍，通过一定的工艺加工，可制造出导热率达到550‑800W/m.K具有超高散热性能的焊锡膏。本发明制作的产品具有超高的散热系数及符合焊料要求的较低的电阻率，采用本发明的技术方案所获得的焊锡膏，首先来讲配方及制作工艺简单；其次，在封装过程中工作温度低于普通焊料，有效避免了元器件的热冲击；另外，具有超高的散热效果，增加了焊料在封装中单一的导通效果。在一定程度上既满足了当前电子产品对散热效果的强烈需求，也填补了电子封装材料散热方面的技术空白。

Description

用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型电子封装工艺，该封装工艺区别于传统电子锡焊料焊接工艺，在低于传统焊接温度下，进行烧结封装，具体的说是涉及一种用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏及其制备方法。
背景技术
随着电子行业发展，电子器件微型化、功率增大、集成化程度越来越高，在实际应用过程中，大功率电子产品或元器件，热负荷越来越大，散热问题日亦突显。使用传统焊料进行封装时，焊点本身需要较高的焊接温度，比如：传统锡铅焊锡膏(其中锡质量百分比约63％、铅质量百分比约37％)其焊接峰值温度大约在265℃，无铅焊锡膏(其中锡质量百分比约96.5％、银质量百分比约3.0％、铜质量百分比约0.5％)其焊接峰值温度大约在275-280℃，随着电子元器件或芯片的精密程度越来越高，这样的焊接温度极易对器件造成损伤，从而影响组装后产品的使用寿命。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提出一种于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏及其制备方法，在进行电子封装时，其主要工艺方式为涂覆(点注或堆积)后在170-190℃进行烧结，其烧结温度远低于传统焊接温度；另外，其主要成份是锡、银、铋金属粉末及多晶金刚石粉末，其中金属粉末具有较好的导电性能，多晶金刚石粉末具有较好的导热性能，既能够保证封装后的电性能要求也具有一定的机械强度，从而既保证了产品质量，又避免了因为热负荷对产品寿命的不良影响。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，按质量百分比计算，包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺2.5-5.8％，特级松香8.0-13.5％；
(2)分散剂：二辛醚3.0-5.0％，四氢糠醇1.5-2.7％，已二酸2.0-3.5％，乙酸乙酯3.0-5.0％，高效表面活性剂0.5-1.2％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉55.0-60.0％，纯银粉2.0-5.0％，纯铋粉5.0-8.0％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉3.0-8.5％。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，所述焊锡膏包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺4.2％，特级松香10.8％；
(2)分散剂：二辛醚5.0％，四氢糠醇2.5％，已二酸3.0％，乙酸乙酯4.0％，高效表面活性剂0.5％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉57.0％，纯银粉3.0％，纯铋粉6.8％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉3.2％。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，所述焊锡膏包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺3.6％，特级松香11.5％；
(2)分散剂：二辛醚4.0％，四氢糠醇2.0％，已二酸3.0％，乙酸乙酯3.2％，高效表面活性剂0.8％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉55.0％，纯银粉3.0％，纯铋粉6.8％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉7.1％。
作为本发明的进一步改进，按质量百分比计算，所述焊锡膏包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺2.5％，特级松香12.0％；
(2)分散剂：二辛醚3.0％，四氢糠醇1.5％，已二酸3.0％，乙酸乙酯3.6％，高效表面活性剂0.6％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉60.0％，纯银粉3.0％，纯铋粉6.8％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉4.0％。
作为本发明的进一步改进，所述高效表面活性剂为FT900高效表面活性剂。
作为本发明的进一步改进，所述6337锡铅粉为质量百分比为63％的锡和质量百分比为37％的铅混合而成。
作为本发明的进一步改进，所述金刚石粉为多晶粉，其颗粒度为1-3微米，中值为2微米。
本发明还提供一种如上所述的用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将所述组分(1)填充剂和组分(2)分散剂，混合后加热至110-130℃，待其中固态物料全部热熔后，搅拌混料约30分钟，制得膏体助剂；
步骤2，将所述组分(3)金属粉末及所述组分(4)金刚石粉末，加入上述已恢复室温的膏体助剂中，并不断搅拌至分散均匀，即得本发明所述的用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏。
作为本发明的进一步改进，上述制备方法还包括以下步骤：
步骤3，将所述步骤2制得焊锡膏，制成长宽为10*10mm，厚度为1mm半成品样件；
步骤4，将上述步骤3制得的半成品样件，放入遂道炉，设置炉内均衡温度为170-190℃，设定烧结时间为20-30min,制得以本发明所述焊锡膏制作的成品样件。
本发明的有益效果是：本发明采用锡、银、铋金属粉末及多晶金刚石粉末，有效利用金属粉末良好的导电性能，以及多晶金刚石粉末较好的导热性能，通过填充剂及分散剂的辅助作用制成适用于低温烧结的焊锡膏。本发明提及产品可在170-190℃温度条件下进行烧结，其烧结温度远低于传统焊接温度，既能够保证封装后的产品电性能要求，也具有一定的机械强度，从而既保证了产品质量，又避免了因为热负荷对产品寿命的不良影响。总之，本发明配方工艺简单，既有效降低电子产品热负荷，同时提升了电子封装产品的使用寿命与可靠性。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明的技术方案作详细说明。
实施例1：
一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，准备组份(1)填充剂：硬脂酸酰胺4.2Kg、特级松香10.8Kg，及组份(2)分散剂：二辛醚5.0Kg、四氢糠醇2.5Kg、已二酸3.0Kg、乙酸乙酯4.0Kg、高效表面活性剂(FT900)0.5Kg，将上述物料混合后加热至110-130℃，待其中固态物料全部热熔后，搅拌混料约30分钟，制得膏体助剂；
步骤2，准备组份(3)金属粉末：6337锡铅粉(锡63％、铅37％)57Kg、纯银粉3.0Kg、纯铋粉6.8Kg，及组份(4)金刚石粉末:金刚石粉(多晶粉，颗粒度1-3微米，中值为2微米)3.2Kg，加入上述步骤1制得并恢复室温后的膏体助剂中，同时不断搅拌至分散均匀；
步骤3，将上述步骤2制得一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏，制成长宽为10*10mm，厚度为1mm半成品样件；
步骤4，将上述步骤3制得的半成品样件，放入遂道炉，设置炉内均衡温度为180℃，设定烧结时间为25min,制得实施例1待测样件。
实施例2：
一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，准备组份(1)填充剂及组份(2)分散剂：硬脂酸酰胺3.6Kg、特级松香11.5Kg、二辛醚4.0Kg、四氢糠醇2.0Kg、已二酸3.0Kg、乙酸乙酯3.2Kg、高效表面活性剂(FT900)0.8Kg，将上述物料混合后加热至110-130℃，待其中固态物料全部热熔后，搅拌混料约30分钟，制得膏体助剂；
步骤2，准备组份(3)金属粉末及组份(4)金刚石粉末:6337锡铅粉(锡63％、铅37％)55Kg、纯银粉3.0Kg、纯铋粉6.8Kg、金刚石粉(多晶粉，颗粒度1-3微米，中值为2微米)7.1Kg，加入上述步骤1制得并恢复室温后的膏体助剂中，同时不断搅拌至分散均匀；
步骤3，将上述步骤2制得一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏，制成长宽为10*10mm，厚度为1mm半成品样件；
步骤4，将上述步骤3制得的半成品样件，放入遂道炉，设置炉内均衡温度为180℃，设定烧结时间为25min,制得实施例2待测样件。
实施例3：
一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏及测试样件制备，按以下步骤进行：
步骤1，准备组份(1)填充剂及组份(2)分散剂：硬脂酸酰胺2.5Kg、特级松香12.0Kg、二辛醚3.0Kg、四氢糠醇1.5Kg、已二酸3.0Kg、乙酸乙酯3.6Kg、高效表面活性剂(FT900)0.6Kg，将上述物料混合后加热至110-130℃，待其中固态物料全部热熔后，搅拌混料约30分钟，制得膏体助剂；
步骤2，准备组份(3)金属粉末及组份(4)金刚石粉末:6337锡铅粉(锡63％、铅37％)60Kg、纯银粉3.0Kg、纯铋粉6.8Kg、金刚石粉(多晶粉，颗粒度1-3微米，中值为2微米)4.0Kg，加入上述步骤1制得并恢复室温后的膏体助剂中，同时不断搅拌至分散均匀；
步骤3，将上述步骤2制得一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏，制成长宽为10*10mm，厚度为1mm半成品样件；
步骤4，将上述步骤3制得的样件，放入遂道炉，设置炉内均衡温度为180℃，设定烧结时间为25min,制得实施例3待测样件。
通过以上实施例，将本发明所获得的一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏及其所得样件，并对上述实施例样件进行以下测试，测试结果见表1：
表1：实施例测试数据表
Figure BDA0002460683530000071
通过上述实验数据可以看出，采用本发明制得一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏，通过实施例制成长宽为10*10mm，厚度为1mm半成品样件后，通过均衡温度为180℃，烧结时间25min，烧结完成后参照ASTM D 5470相关标准进行导热系数测试，本发明制作的产品具有超高的散热系数；另外参照GB/T3131-2001《锡钎钎料》所列附表锡铅钎焊物理性能中对常用焊料电阻率约为0.122-0.22Ω.mm2/m的表述，本施实例所得产品完全符合焊料标准要求。通过以上实施例可以看出，采用本发明的技术方案所获得的焊锡膏，首先来讲配方及制作工艺简单；其次，在封装过程中工作温度低于普通焊料，有效避免了元器件的热冲击；另外，具有超高的散热效果，增加了焊料在封装中单一的导通效果。
由此可见，本发明所获得一种适用于低温烧结工艺具有超高散热性能的焊锡膏，在一定程度上既满足了当前电子产品对散热效果的强烈需求，也填补了电子封装材料散热方面的技术空白。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺2.5-5.8％，特级松香8.0-13.5％；
(2)分散剂：二辛醚3.0-5.0％，四氢糠醇1.5-2.7％，已二酸2.0-3.5％，乙酸乙酯3.0-5.0％，高效表面活性剂0.5-1.2％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉55.0-60.0％，纯银粉2.0-5.0％，纯铋粉5.0-8.0％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉3.0-8.5％。
2.根据权利要求1所述用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺4.2％，特级松香10.8％；
(2)分散剂：二辛醚5.0％，四氢糠醇2.5％，已二酸3.0％，乙酸乙酯4.0％，高效表面活性剂0.5％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉57.0％，纯银粉3.0％，纯铋粉6.8％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉3.2％。
3.根据权利要求1所述用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺3.6％，特级松香11.5％；
(2)分散剂：二辛醚4.0％，四氢糠醇2.0％，已二酸3.0％，乙酸乙酯3.2％，高效表面活性剂0.8％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉55.0％，纯银粉3.0％，纯铋粉6.8％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉7.1％。
4.根据权利要求1所述用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：
(1)填充剂：硬脂酸酰胺2.5％，特级松香12.0％；
(2)分散剂：二辛醚3.0％，四氢糠醇1.5％，已二酸3.0％，乙酸乙酯3.6％，高效表面活性剂0.6％；
(3)金属粉末：6337锡铅粉60.0％，纯银粉3.0％，纯铋粉6.8％；
(4)金刚石粉末；金刚石粉4.0％。
5.根据权利要求1所述用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于：所述高效表面活性剂为FT900高效表面活性剂。
6.根据权利要求1所述用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于：所述6337锡铅粉为质量百分比为63％的锡和质量百分比为37％的铅混合而成。
7.根据权利要求1所述用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏，其特征在于：所述金刚石粉为多晶粉，其颗粒度为1-3微米，中值为2微米。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将所述组分(1)填充剂和组分(2)分散剂，混合后加热至110-130℃，待其中固态物料全部热熔后，搅拌混料约30分钟，制得膏体助剂；
步骤2，将所述组分(3)金属粉末及所述组分(4)金刚石粉末，加入上述已恢复室温的膏体助剂中，并不断搅拌至分散均匀，即得本发明所述的用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏。
9.根据权利要求8所述的用于低温烧结工艺的高散热的焊锡膏的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤3，将所述步骤2制得焊锡膏，制成长宽为10*10mm，厚度为1mm半成品样件；
步骤4，将上述步骤3制得的半成品样件，放入遂道炉，设置炉内均衡温度为170-190℃，设定烧结时间为20-30min,制得以本发明所述焊锡膏制作的成品样件。
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