[發(fā)明專利]一種具備尺寸效應的納米級/微米級顆粒混合型無鉛焊料膏及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310646155.8
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103639614A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 馬鑫;李明雨;楊明
• 申請（專利權）人: 馬鑫;李明雨;深圳市億鋮達工業(yè)有限公司;東莞市億鋮達焊錫制造有限公司;億鋮達焊錫制造（昆山）有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/14
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 劉顯揚

技術領域

本發(fā)明屬無鉛焊料合金及電子封裝技術領域，涉及一種具備尺寸效應的納米級/微米級顆粒混合型無鉛焊料膏的制備和應用方法。

背景技術

隨著社會對Pb毒性的深入認識以及2006年7月1日實施的歐盟WEEE/ROHS法案，無鉛焊料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Sn-Pb焊料已是大勢所趨。目前Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu等無鉛合金已廣泛應用于電子封裝領域。這些無鉛焊料合金的熔點一般在217-227℃，遠高于傳統(tǒng)的Sn-Pb共晶焊料的熔點（183℃），因此采用無鉛焊料在解決環(huán)境問題后，又帶來了新的問題。首先，提升的焊接溫度不利于節(jié)能減排；其次，由于目前的電子封裝技術、電子元器件以及封裝生產(chǎn)線等都是基于Sn-Pb共晶焊料發(fā)展起來的，焊接溫度的提升對焊接設備、焊接工藝、電子元件及基板材料的耐熱性能等一系列系統(tǒng)化工程提出了嚴峻的挑戰(zhàn)；再次，對于一些電子產(chǎn)品，如太陽能薄膜、LED、LCD、溫控元件、柔性電路板等熱敏電子元器件加熱溫度不宜高，以及進行多層次多組件的分步焊接時均需要低溫焊接。此外，上述無鉛焊料多為高錫焊料（錫含量一般超過95%），焊接完成后焊點內(nèi)晶粒較少（少于5個）且尺寸粗大，在電子器件工作過程中個別焊點常會因為Sn晶粒的各向異性而提前失效，進而導致整個器件的報廢。

目前常用的低熔點無鉛釬料都是以Sn-58Bi和Sn-52In共晶合金為基體，在其中加入一些合金元素。這兩個體系的低溫焊料由于熔程較大，在凝固過程中易出現(xiàn)枝晶偏析和組織粗大化，加之應力不平衡導致焊點剝離；此外，In價格昂貴，接近于Ag。這些問題都嚴重限制了這兩個體系焊料的使用。

針對以上這些問題，開發(fā)新技術以便降低無鉛焊料的熔化溫度顯得尤為重要。納米技術為解決這一問題帶來了希望。研究表明，當合金粒子的尺寸在納米級別時，比表面積比較大，從而具有低于大塊合金的熔化溫度，這意味著可以利用納米粒子的尺寸效應開發(fā)新型的低熔點納米無鉛焊料合金。專利[ZL200810200302.8]提出直接將納米無鉛焊料加入助焊膏進行混合，形成納米無鉛焊料膏以實現(xiàn)低溫焊接，DSC測試表明該焊膏確實比同成分的微米級焊膏熔點低。但是納米顆粒表面能較大，為防止其粗化和團聚，在制備過程中，其表面會存在一層表面活性劑。由于納米顆粒尺寸太小，表面活性劑將會占據(jù)相對較大的體積比例，如果直接在納米粉末中加入助焊劑攪勻，會造成納米焊膏中金屬成分含量過低，焊后很難形成完整飽滿的焊點，并且會有大量的有機殘留物析出[Materials?Science?and?Engineering?B177(2012)197-204]。也正是因為這個原因，至今尚未有一款真正意義上的納米無鉛焊膏問世。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上問題，本發(fā)明提出在納米無鉛焊料/膏中加入亞微米或微米級無鉛焊料/膏的思想，通過調(diào)整各成分的比例，在保留納米釬料的熱力學尺寸效應的基礎上，提高焊膏中合金元素的比例。焊接過程中，納米焊料熔化，利用微米級釬料作為骨架，在其上潤濕鋪展形成焊點，以此形成完整飽滿的焊點，并且利用兩種焊料的熔點差獲得多晶型焊點。

一種具備尺寸效應的納米級/微米級顆粒混合型無鉛焊料膏，按重量百分比，包括：

納米無鉛焊料粉?????????????20-70%

助焊劑/膏??????????????????4-20%

亞微米/微米級無鉛焊料粉????20-70%

優(yōu)選的，一種具備尺寸效應的納米級/微米級顆粒混合型無鉛焊料膏，按重量百分比，包括：

納米無鉛焊料粉?????????????30-60%

助焊劑/膏??????????????????8-20%

亞微米/微米級無鉛焊料粉????32-60%

優(yōu)選的，所述納米無鉛焊料粉采用Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Ni、Sn-Ag-Cu–Ni、Sn-Zn、Sn-Sb中的至少一種。

優(yōu)選的，，所述亞微米/微米無鉛焊料粉采用Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Ni、Sn-Ag-Cu–Ni、Sn-Zn、Sn-Sb中的至少一種。

優(yōu)選的，所述的納米無鉛焊料粉的尺寸為1-80nm。

優(yōu)選的，所述的納米無鉛焊料粉的尺寸為5-25nm。

優(yōu)選的，所述的亞微米/微米無鉛焊料粉的尺寸為0.1-100μm。

優(yōu)選的，所述的亞微米/微米無鉛焊料粉的尺寸為0.5-50μm。

優(yōu)選的，所述的助焊劑/膏采用松香基或水洗基或免清洗型。