[發(fā)明專利]一種BGA用納米顆粒強(qiáng)化焊錫球制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610320076.1
• 申請(qǐng)日: 2016-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN105750764B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 漢晶;谷朋浩;郭福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K35/40
• 分類號(hào): B23K35/40
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種BGA用納米顆粒強(qiáng)化的焊錫球制備方法，屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為電子封裝材料。

背景技術(shù)

目前BGA封裝采用的多為SAC305無鉛焊錫球，在無鉛焊料中有著相對(duì)最好的焊接性，但是其疲勞抗性差。目前的無鉛共晶合金也需要提升自身性能以滿足電子封裝日益增加的要求，無鉛焊料有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)為業(yè)界關(guān)注，一是無鉛焊料的多組元合金化，即以現(xiàn)有的Sn基或者Sn-Ag基等無鉛焊料為基礎(chǔ),在其中添加多組元合金元素，以增加組元的方式來改善焊料的性能；另一個(gè)方向則是復(fù)合無鉛焊料，主要是以Sn基或者Sn-Ag、Sn-Ag-Cu基等無鉛焊料為基礎(chǔ)，通過內(nèi)生或者添加增強(qiáng)相的方式來制備復(fù)合無鉛焊料。研制復(fù)合焊料的主要目的是通過增強(qiáng)相使得焊料內(nèi)部保持一個(gè)穩(wěn)定的顯微組織及均勻變形，從而改進(jìn)焊料的可靠性，改善和彌補(bǔ)基體合金性能上的某些不足，提高焊點(diǎn)的力學(xué)性能，特別是抗熱力疲勞性能及抗蠕變性能，進(jìn)而全面提升焊點(diǎn)的使用壽命。此外，這種強(qiáng)化的另一個(gè)重要特征是基本不會(huì)改變?cè)w焊料的熔點(diǎn)、潤濕性等工藝特性，同時(shí)能夠有效地?cái)U(kuò)大其工作溫度范圍，當(dāng)強(qiáng)化粒子的尺寸小于1μm時(shí)還能夠有效細(xì)化顯微組織。

焊錫球是電子元器件封裝連接的重要工業(yè)原材料，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、制造業(yè)、汽車制造業(yè)、維修業(yè)等，存在于各種BGA結(jié)構(gòu)之中，也為軟釬焊釬料研究提供了參考。

隨著納米材料的興起，其漸漸開始應(yīng)用于復(fù)合釬料的制備中。本課題組對(duì)添加POSS顆粒的復(fù)合釬料可靠性已進(jìn)行了研究，其能有效減緩電遷移速率，并且延長焊點(diǎn)熱疲勞壽命，而碳納米管作為一種新興材料，優(yōu)異的導(dǎo)電傳熱性、高彈性模量、良好的韌性，其復(fù)合釬料也有很大的研究價(jià)值。

目前傳統(tǒng)無鉛焊錫球的制備流程有線切熔融工藝、噴霧成型工藝和擺動(dòng)成型工藝等，其成本高，設(shè)備耗資耗材量大，要求粉末或塊狀原料至少10Kg，只適用于大批次焊錫球的制備，而且加熱溫度較高，環(huán)境凈化要求高，工藝流程復(fù)雜。目前還沒有添加納米顆粒BGA焊錫球的制備實(shí)例，對(duì)于小批次要求、各種直徑焊錫球的制備還沒有良好的解決方案。如何能夠減少成本，方便研究各種成分，在小的原料總量下制備出可用的納米顆粒強(qiáng)化BGA球，這些對(duì)于高校和研究所的研究具有很大便利。本發(fā)明就是著眼于傳統(tǒng)BGA無鉛焊錫球的制備問題，提供了一種適用于實(shí)驗(yàn)室的可以自己動(dòng)手的新型材料(納米顆粒強(qiáng)化)BGA焊錫球的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米顆粒強(qiáng)化無鉛焊錫球制備方法。納米顆粒的彌散分布能有效強(qiáng)化基體釬料，同時(shí)使得BGA焊錫球的服役壽命提高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制備方法，其主要步驟是：

(1)粉末冶金：將SAC305共晶粉末與納米顆粒按照配比機(jī)械攪拌混合，采用每分鐘不高于80轉(zhuǎn)的速度球磨混合8-10個(gè)小時(shí)，使得納米顆粒能夠均勻分布在SAC305共晶粉末的母體焊料中，試驗(yàn)所選用的球磨介質(zhì)為Al₂O₃陶瓷球，球料比為10：1；

(2)焊膏制備：將步驟(1)所得復(fù)合粉末與松香型助焊膏按照一定的比例混合，攪拌半個(gè)小時(shí)，使其混合均勻，放入冰箱儲(chǔ)存，松香型助焊膏占復(fù)合粉末與松香型助焊膏總質(zhì)量的11％-13％，優(yōu)選12％。

(3)絲網(wǎng)印刷：取出步驟(2)焊膏，攪拌至少5分鐘再使用，涂抹在絲網(wǎng)或印刷鋼網(wǎng)上，用刮刀將焊膏透過絲網(wǎng)或印刷鋼網(wǎng)的網(wǎng)孔而印在玻璃板上，進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針方向刮，保證均勻，然后拿掉絲網(wǎng)或印刷鋼網(wǎng)；

(4)熔化做球：將步驟(3)印有一定體積焊膏的玻璃板，放進(jìn)真空保熱箱或加熱板上，加熱溫度控制在基體SAC305粉末熔點(diǎn)以上10℃-20℃，初步設(shè)定為240℃，保溫20s-30s，使部分助焊劑揮發(fā)，由于焊膏與玻璃板不潤濕，在表面張力作用下熔化為球；

(5)成型刮?。捍∏虺尚颓抑竸]發(fā)完畢，將玻璃板取出，空冷；用鑷子將小球從玻璃板上輕松刮落，盛取，放好；

(6)清洗：將小球放入丙酮中，超聲清洗，去除氧化與表面污濁；

(7)烘干篩分：將清洗過的小球放入鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃下干燥；將完備的小球用篩子進(jìn)行篩選，保證植球效果。

步驟(1)納米顆粒優(yōu)選POSS顆粒(多面體低聚倍半硅氧烷)或碳納米管(CNTs)，進(jìn)一步POSS顆粒在步驟(1)所得復(fù)合粉末中的質(zhì)量百分含量為1％-3％，優(yōu)選3％，余量為Sn3.0Ag0.5Cu；碳納米管(CNTs)在步驟(1)所得復(fù)合粉末中的質(zhì)量百分含量為0.05％-1％，優(yōu)選0.05％，余量為Sn3.0Ag0.5Cu。