[發明專利]一種包覆改性無鉛焊料合金粉末的方法

有效

• 申請號: 201010126840.4
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101767198A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 劉文勝;馬運柱;彭芬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B23K35/22
• 代理公司: 中南大學專利中心 43200
• 代理人: 胡奕

技術領域

本發明屬于表面組裝技術領域的保護層制備，尤其涉及合金粉末的表面改性。

背景技術

長期以來，Sn-Pb焊料以其使用的方便性、焊接的穩定性、價格的合理性，成為廣泛應用的低溫焊料。但是，Pb的使用對環境造成極大的污染，嚴重影響了人類的健康。焊料的無鉛化勢在必行。歐洲WEEE及我國信息產業部均制定了相關的法令法規，明確禁止和限制錫鉛焊料的使用。

表面組裝技術尤其是倒裝芯片技術的發展使得焊膏的在電子工業中的應用更為廣泛。一方面，窄間距、高密度的表面組裝技術要求采用粒度更小的超微焊料合金粉末，以保障其印刷性。另一方面，焊點尺寸越來越小，其承載的力學、電學和熱力學負荷越來越大，對可靠性要求也日益提高，從而對焊膏的品質提出了更高的要求。因此，表面組裝技術需要高品質的精細焊膏。

金屬在環境介質或者潮濕環境中自發氧化形成氧化膜，金屬粉末由于其發達的比表面積，表面易于氧化。焊料合金粉末制備后暴露在空氣中即造成表面的氧化。配成焊膏后，焊粉也會同助劑反應，造成焊膏粘度增大，印刷性能下降。在助劑中加大活性劑含量，在焊接時能有效去除氧化膜，但會引起較多的焊后殘留，加速焊接區的腐蝕。而符合發展趨勢的環境友好的水洗和免清洗助劑則不能完全去除表面氧化膜。焊接時，氧化的焊粉不完全熔化，與未氧化焊料分離，停留在焊點表層，或者延遲熔化，形成焊球。焊球的產生引起導線短路，焊接強度降低，焊點外觀發暗。因此，焊粉、焊膏的氧化嚴重影響印刷、焊接性能及可靠性，惡化焊膏品質，也限制了其保存時間，嚴重制約了其使用期限。超細粒度的無鉛焊料合金粉末擁有更發達的比表面積，表面更易于氧化，對焊接性能的影響更大。

US?5328522（Jul.?12，1994）報道：通過裂解、氣相沉積的方法在焊料合金粉末表面包覆對二甲苯，提高焊粉的抗氧化性能，且對焊料的回流特性沒有產生明顯影響。然而，對二甲苯具有微毒性且包覆工藝復雜。?Sungil?Cho等在JOM（2005，（6）：50-52）上報道：150℃干態空氣中，SnZnBi合金生成ZnO和SnO2，Zn的存在促使SnO₂的形成，降低了其抗氧化性。T?Iwasaki?等在Journal?of?Electronic?Materials（2005,34(5):647-654）上報道：采用十二羥基酸通過干態球磨的方法包覆Sn₈Zn₃Bi焊粉，包覆粉末存放后的潤濕性能及焊球實驗表明其抗氧化性能良好。譚木姊等在電子元件與材料（2008,27(2):45-47）上報道：在室溫條件下，采用液相法用2wt%的有機物C改性Sn₈Zn₃Bi，發現改性粉末潤濕性有所提高，存儲后的改性粉末潤濕性能降低的速率更慢。Fei-Yi?Huang?等在Journal?of?Alloys?and?Compounds（2006，415：85–92）上報道：Sn-3.5Ag-(2.0Cu)焊料粉末表面氧化膜由SnO?和SnO₂組成，表面層SnO₂的濃度大于SnO的濃度，焊料內部SnO濃度逐步增加，整體氧化層厚度約為1um。

發明內容

本發明旨在提供一種新的SnAgCu或SnInAg或InAg無鉛焊料合金粉末的表面改性方法，以提高這些無鉛焊料合金粉末抗氧化性能，延長存儲時間，并提高焊料合金粉末的流動性和分散性。

本發明無鉛焊料合金粉末的表面改性方法的詳細技術方案為：取微細SnAgCu或SnInAg或InAg無鉛焊料合金粉末，采用以酒精為介質的超聲儀超聲震動10~20min；加入硬脂酸使其在50~70℃時形成濃度為0.0005-0.01mol/L的硬脂酸酒精溶液，并保溫15~45min；經50~70℃等溫熱抽濾分離包覆合金粉末與溶液；抽濾后合金粉末經30~40℃真空干燥1~2小時即可得厚度為5~10nm、包覆致密的改性焊料合金粉末。

在該方法中，采用以酒精為介質的超聲儀超聲震動無鉛焊料合金粉末的目的是盡可能去除表面吸附氣體和氧化膜。將合金粉末在50-70℃溫度下在0.0005-0.01mol/L的硬脂酸酒精溶液中保溫15-45min，硬脂酸分子經等溫吸附-解吸附-再吸附的物理過程，就包覆在焊料合金粉末表面，形成表面單分子或多分子吸附層。