[發明專利]一種電子封裝用Sn-Bi系復合釬料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710363564.5
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107009045B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 修子揚;武高輝;陳國欽;姜龍濤;蔣涵;張強;楊文澍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種電子封裝用Sn?Bi系復合釬料及其制備方法，它涉及一種電子封裝用Sn?Bi系復合釬料及其制備方法。本發明是要解決Sn?58Bi釬料中硬脆性質的富Bi相所導致的合金延展性能降低，以及重熔服役和時效過程中，過厚的金屬間化合物導致釬焊接頭可靠性能變差的問題。方法：一、制備石墨烯/氧化鈰復合增強體；二、增強體與釬料基體球磨混合；三、向增強體與釬料中加入助焊膏攪拌均勻；四、將上述混合物置于坩堝中于180℃下加熱，取出倒入磨具冷卻得到復合釬料塊。本發明的復合釬料細化了焊點微觀組織，大大提高了釬料的硬度，降低了釬料與基體界面的金屬間化合物厚度，從而提高焊點的剪切強度。本發明用于制備Sn?Bi系復合釬料。

技術領域

本發明涉及一種電子封裝用Sn-Bi系復合釬料及其制備方法。

背景技術

微電子焊接技術所采用的互連材料是實現焊點可靠連接的物質基礎。長期以來，Sn-Pb釬料由于具有成本低、力學性能好、導電性能強、工藝性能好以及可焊性能好等優點已被廣泛應用到電子封裝領域數十年。但是Pb危害人體健康和自然環境，許多國家近年來已經提出了有關法律法規來禁止Pb的使用，在這種情況下，釬料的無鉛化已經成為了目前的主流趨勢。

隨著電子封裝技術的不斷提高，微型連接領域所需要的微焊點尺寸也越來越小，與此同時焊接部位所需要承受的力、電、熱能負荷量卻與日俱增，對于釬焊接頭的可靠性要求達到了前所未有的高度。在眾多的無鉛釬料中，作為低溫無鉛釬料的Sn-58Bi釬料，其拉伸強度和抗蠕變性能都優于Sn-37Pb釬料，這使得Sn-58Bi釬料在溫度敏感區以及分級封裝的外層釬焊連接中都體現出了巨大的優勢。但是由具有硬脆性質的富Bi相在液態Sn-58Bi釬料冷卻過程中易結晶形成粗大的長條狀/塊狀的不規則形體，導致合金的脆性隨著Bi相的含量增高，使其延展性明顯降低，焊接接頭的力學性能較差。

目前研究改善無鉛釬料性能的方法分為兩種，一種是合金化，以現有的Sn基無鉛釬料為基礎，通過添加合金元素，以添加組元的方式來改善基礎釬料的性能；另一種方法是顆粒增強，即在Sn基釬料中內生成或直接加入第二相顆粒，制備出復合無鉛釬料，從而改善釬料的性能。但還很難找到一種綜合性能能夠完全與傳統Sn-Pb共晶釬料相匹敵的無鉛釬料。

石墨烯是一種具有優良的電學、熱學、力學性能的二維材料，添加進入無鉛釬料中可以明顯改善釬料的潤濕性，導電導熱性和力學性能。但因其密度較低，加入釬料后在重熔的過程中會出現上浮現象，起不到預期的改善效果。經研究發現，氧化鈰作為一種優秀的增強相可抑制釬料與基體界面金屬間化合物顆粒的長大，改善抗拉性能。但對于石墨烯負載氧化鈰作為增強相改善釬料性能的研究還是一片空白。

發明內容

本發明是要解決Sn-58Bi釬料中硬脆性質的富Bi相所導致的合金延展性能降低，以及重熔服役和時效過程中，過厚的金屬間化合物導致釬焊接頭可靠性能變差的問題，而提供一種電子封裝用Sn-Bi系復合釬料及其制備方法。

一種電子封裝用Sn-Bi系復合釬料由增強體和Sn-58Bi釬料組成；所述電子封裝用Sn-Bi系復合釬料中增強體的質量分數為0.005％～0.5％；所述增強體為石墨烯負載納米級氧化鈰或石墨烯負載微米級氧化鈰，且所述增強體中石墨烯的質量分數為30％～90％。

一種電子封裝用Sn-Bi系復合釬料的制備方法是按以下步驟完成的：

一、將增強體與Sn-58Bi釬料采用周期球磨的方式球磨2h～3h，得到混料；所述周期球磨中每個周期內球磨5min，停止5min，球磨速度為100r/min～200r/min；所述增強體為石墨烯負載納米級氧化鈰或石墨烯負載微米級氧化鈰，且所述增強體中石墨烯的質量分數為30％～90％；

二、向混料中加入助焊膏并攪拌至膏狀，得到混合物；

三、將混合物倒入坩堝中，將坩堝于180℃條件下加熱12min后，每3min攪拌1次，攪拌4次后倒入模具冷卻；