CN112756843B

CN112756843B - 一种锡铋钎料及其制备方法

Info

Publication number: CN112756843B
Application number: CN202110029385.4A
Authority: CN
Inventors: 唐卫岗; 胡岭; 黄世盛; 王思鸿; 孙军刚; 房敏
Original assignee: HANGZHOU HUAGUANG ADVANCED WELDING MATERIALS CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU HUAGUANG ADVANCED WELDING MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2041-01-11
Also published as: CN112756843A

Abstract

本申请涉及一种锡铋钎料及其制备方法，锡铋钎料是由镀铜纳米锡铋粉与粒径50‑500nm的纳米铜粉混合而成，所述锡铋钎料各组分的重量百分比分别为：0.1‑30%的纳米铜粉，70‑99.9%的镀铜纳米锡铋粉，纳米锡铋粉是指纳米锡与纳米铋的混合粉体和/或纳米锡铋合金粉，所述镀铜纳米锡铋粉是指镀铜纳米锡与镀铜纳米铋的混合粉体和/或镀铜纳米锡铋合金粉。纳米锡铋粉中锡占比40%‑90%,纳米锡铋粉中铋占比10%‑60%。所述镀铜纳米锡铋粉的镀铜层厚度为1‑20nm，镀铜层厚度与纳米锡铋粉粒径比例为1：5‑1：10之间。本申请不易形成铋偏聚、组织粗大等缺陷，接头组织更加均匀，不会形成连续的硬脆相，具有更高的接头强度、韧性；2、同其他锡铋钎料相比，有利于形成更加致密、气孔率低的钎焊接头，保证器件的密封性。

Description

一种锡铋钎料及其制备方法

技术领域

本申请涉及一种锡铋钎料及其制备方法，主要适用于电子封装焊接。

背景技术

锡铋钎料，通常是指以锡铋为基体，添加少量Ag、Cu、Ni等其他元素的无铅锡钎料，其最大特征就是熔化温度低至139℃，S-Bi58Sn42共晶钎料适合于大多数耐热性差的片式元件的组装，降低对电子器件及印刷板耐热性的过高要求。锡铋钎料本身强度尚可，但铋本身硬脆，其伸长率较低，，一旦发生塑性变形易脆断。其次，锡铋钎料在凝固过程易结晶形成粗大不规则组织，且组织粗大程度较大，严重影响钎焊接头强度脆性增加。最后，在使用锡铋焊粉时，易产生铋的偏聚，在钎焊接头内部产生气孔，影响焊件气密性。

因此，开发一种能提升锡铋钎料钎焊接头的强度和韧性的低熔点钎料十分必要。

在目前的研究中，一些学者采用添加纳米颗粒的方式与锡铋合金混合形成多元合金或复合钎料，以此来细化组织，增强接头强度。例如，在锡铋钎料中引入SiC、ZrO₂、TiO₂、Al₂O₃、ZnO₂、Cu₆Sn₅等纳米颗粒，在细化接头组织同时形成弥散强化作用，以此提高钎焊接头强度；也有人采用在钎料中添加稀土或稀土氧化物的方式，促进凝固形核，细化晶粒，提高接头性能，但并没有改善接头气孔的问题，且引入的第二相易引起晶间腐蚀、开裂的问题。另外，在现有公开的中国专利申请文件中，有人提出一种采用纳米纤维导电聚合物包覆金属层与纳米锡、纳米铋粉混合烧结的一种复合材料，具有较好导电性能和强度，但无法保证气密性的问题。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种用于电子封装领域，且熔点低、流动性好、强度高、气孔少的高性能锡铋钎料及其制备方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种锡铋钎料，其特征是由镀铜纳米锡与镀铜纳米铋的混合粉体和/或镀铜纳米锡铋合金粉与粒径50-500nm的纳米铜粉混合而成，所述锡铋钎料各组分的重量百分比分别为：0.1-30%的纳米铜粉，70-99.9%的镀铜纳米锡铋粉，本申请所述纳米锡铋粉是指纳米锡与纳米铋的混合粉体和/或纳米锡铋合金粉，所述镀铜纳米锡铋粉是指镀铜纳米锡与镀铜纳米铋的混合粉体和/或镀铜纳米锡铋合金粉。

本申请所述各组分的重量百分比分别为：5-10%的纳米铜粉，90-95%的镀铜纳米锡铋粉。

本申请所述纳米铜粉的基材为无氧铜或紫铜。

所述镀铜纳米锡铋粉粒径在10-100nm之间。

本申请纳米锡铋粉中锡占比40%-90%,纳米锡铋粉中铋占比10%-60%。

本申请所述镀铜纳米锡铋粉的镀铜层厚度为1-20nm，镀铜层厚度与纳米锡铋粉粒径比例为1：5-1：10之间。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：上述锡铋钎料的制备方法，其特征在于采用纳米电镀或化学镀的方法，将纳米锡铋粉表面镀上一层铜层，最后按一定比例与纳米铜粉均匀混合，制成钎焊粉末。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、同现有产品S-Bi58Sn42共晶钎料相比，不易形成铋偏聚、组织粗大等缺陷，接头组织更加均匀，不会形成连续的硬脆相，具有更高的接头强度、韧性；2、同其他锡铋钎料相比，有利于形成更加致密、气孔率低的钎焊接头，保证器件的密封性。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。

参见图1，本申请中采用纳米镀铜锡铋粉的意义在于：一、锡铋材料本身性质硬脆，不易成型，通常制备成粉末或膏体使用，使用纳米锡铋粉末能突破材料塑性加工性能限制；二、采用纳米粉末可以增大比表面积，尽可能的提高粉体材料密度，减少空缺空间，以此减少气孔的生成；三、在粉体表面镀一定厚度的铜层可以在钎焊凝固时起到缓冲层的作用，减少脆性化合物的生成，但其厚度应严格控制，否则可能引起焊料不熔、脆性相聚集等不良缺陷；四、增强与纳米铜粉之间的相互结合能力，形成可靠接头；五、锡铋粉中锡铋占比决定了钎料熔化温度，控制其占比可以依据钎焊条件在139-250℃范围内选用合适占比的锡铋粉。

添加纳米铜粉的意义在于：一、充当“高熔点骨架”，能够调节钎料熔化时的流动性和毛细作用，并且强化钎焊接头；二、在钎焊凝固阶段，形成网状结构，增强接头韧性和强度；三、纳米铜粉的比例与钎料性能密切相关，若铜粉含量少则不能达到强化接头作用，铜粉含量过多则可能引起缺焊等钎焊缺陷。

图1为本申请实施例锡铋钎料粉末分布示意图，较大颗粒的纳米铜粉1与较小的镀铜纳米锡铋粉2均匀分散，填充相对比较致密，中间空隙较少。钎焊时，纳米铜粉形成“骨架”，镀铜纳米锡铋粉2的镀铜层由于厚度较小，不会过多提升熔点，熔化后能促进与“铜粉骨架”的结合能力，并且提高与母材的结合强度，在钎焊完成后形成依附于纳米铜外延生长的弥散结构，大幅提升接头性能。

本申请采用纳米电镀或化学镀的方法，将纳米锡铋粉表面镀上一层铜层，最后按一定比例与纳米铜粉均匀混合，制成钎焊粉末。

本申请实施例的一种高强度高可靠性的锡铋钎料，产品不含Pb，具有熔化温度低，流动性好、焊缝气孔少、接头可靠性高等优点。下面通过具体实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。各实施例中的具体参数参见表1和表2，表1为本申请实施例1至实施例6相关数据表，表2为本申请实施例7至实施例12相关数据表。表中纳米锡铋粉中锡（铋）占比是指未镀铜前的纳米锡铋粉中锡（铋）占比；纳米铜粉占比是指纳米铜粉在锡铋钎料中的占比；镀铜纳米锡铋粉占比是指镀铜纳米锡铋粉在锡铋钎料中的占比。

表1—实施例1至实施例6相关数据表：

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表2—实施例7至实施例12相关数据表：

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本申请实施例的配方设计合理，生产成本低，性价比高，用于电子器件钎焊时，润湿性、流动性好，焊缝致密，接头力学性能优良，能够有效降低焊缝气孔数量，提高接头强度和韧性。

通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。

虽然本申请已以实施例公开如上，但其并非用以限定本申请的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本申请的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种锡铋钎料，其特征是由镀铜纳米锡铋粉与粒径50-300nm的纳米铜粉混合而成，所述锡铋钎料各组分的重量百分比分别为：5-10%的纳米铜粉，90-95%的镀铜纳米锡铋粉，所述镀铜纳米锡铋粉是指镀铜纳米锡与镀铜纳米铋的混合粉体和/或镀铜纳米锡铋合金粉。

2.根据权利要求1所述锡铋钎料，其特征是：所述纳米铜粉的基材为无氧铜或紫铜。

3.根据权利要求1所述锡铋钎料，其特征是：所述镀铜纳米锡铋粉粒径在10-100nm之间。

4.根据权利要求1所述锡铋钎料，其特征是：纳米锡铋粉中锡占比40%-90%,铋占比10%-60%。

5.根据权利要求1所述锡铋钎料，其特征是：所述镀铜纳米锡铋粉的镀铜层厚度为1-20nm，镀铜层厚度与纳米锡铋粉粒径比例为1：5-1：10之间。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述锡铋钎料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

采用纳米电镀或化学镀的方法，将纳米锡铋粉表面镀上一层铜层；

镀铜纳米锡铋粉与纳米铜粉均匀混合。