[發(fā)明專利]一種高存留率納米復(fù)合釬料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109590636B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉婷;祝溫泊;朱宇陽;顧佳慧;胡博;汪敏;李明雨;馬鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市漢爾信電子科技有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)
• 主分類號: B23K35/40
• 分類號: B23K35/40
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發(fā)明公開一種高存留率納米復(fù)合釬料及其制備方法。包括步驟：提供釬料基體、納米增強相和腔體；分別對所述釬料基體、納米增強相和腔體進行清洗，并分別進行表面處理；將所得釬料基體和納米增強相混合，所得混合物置入腔體后制成塊體材料或預(yù)成型片；封閉所得含有塊體材料或預(yù)成型片的腔體，在外部高能輔助作用下將所述塊體材料或預(yù)成型片進行熔化、凝固，得到高存留率納米復(fù)合釬料。該復(fù)合釬料中具有均勻、穩(wěn)定的材料結(jié)構(gòu)，強度、延伸率和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能等大幅提高，相對釬料基體提升幅度可達40?100%；更可控制處理工藝促使納米增強相定向排布實現(xiàn)對復(fù)合釬料的針對性各向異性強化；材料利用率高、工藝簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高存留率納米復(fù)合釬料及其制備方法。

背景技術(shù)

電子信息系統(tǒng)中，為電子元器件各單元之間提供電氣連接、機械支撐以及熱量傳導(dǎo)通道的軟釬料焊點是不可或缺的關(guān)鍵部分，其質(zhì)量和完整性對電子產(chǎn)品的整體性能有著極其重要的影響。然而，隨著人們對電子產(chǎn)品性能、尺寸和功能的要求不斷提高，電子產(chǎn)品的集成度越來越高，其I/O數(shù)大幅增加，釬料焊點的尺寸迅速減小，使得焊點中的電流密度和溫度梯度急劇提高。在這種極端的服役條件下，現(xiàn)有無鉛釬料已不能完全滿足互連強度及可靠性的要求，不僅焊點的機械性能備受挑戰(zhàn)，載荷作用下的熱/電遷移現(xiàn)象也會導(dǎo)致焊點內(nèi)部形成小丘、裂紋、相偏析等缺陷，從而嚴(yán)重威脅電子產(chǎn)品的服役性能和可靠性。

在傳統(tǒng)無鉛釬料基體中摻雜增強相（如金屬、陶瓷、碳基納米材料等）制備復(fù)合釬料合金，是改善釬料合金及焊點的強度、潤濕性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等性能以及其在服役條件下的蠕變特性和可靠性的一種切實可行的方法。尤其當(dāng)使用尺寸小、表面原子比例大、表面能高的納米材料作為增強相時，所得接頭的組織結(jié)構(gòu)更優(yōu)、潤濕性和力學(xué)性能更佳，因而可以用于解決新一代電子產(chǎn)品的服役和可靠性難題。然而，現(xiàn)有封裝工藝條件下，復(fù)合釬料中所添加的大部分增強相在焊接過程中容易由于液態(tài)釬料的表面張力及釬料晶粒界面能的作用而發(fā)生團聚或從釬料中析出，導(dǎo)致焊點中增強相的實際含量遠低于設(shè)計值（一般僅占釬料整體的0.1-0.5 %），焊點的性能及熱/電遷移抗性的強化效果無法達到預(yù)期。由于這些問題，復(fù)合釬料合金在電子制造領(lǐng)域的推廣應(yīng)用受到了嚴(yán)重的限制。

為此，本發(fā)明利用外部高能輔助改變軟釬料合金及納米增強相的能量狀態(tài)，促使納米增強相克服液態(tài)釬料表面張力和界面能的限制作用，均勻分散在釬料基體中；同時，借助外部高能，引發(fā)非平衡凝固，促使納米增強相自組裝形成均勻的強化組織或致密的晶間骨架結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)對釬料合金性能和可靠性的強化。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高存留率納米復(fù)合釬料及其制備方法，旨在利用納米顆粒的自組裝獲得具有特定排布結(jié)構(gòu)或性能的增強組織，解決現(xiàn)有復(fù)合釬料中納米增強相易團聚、易析出、實際存留率低的問題，進一步提高復(fù)合釬料合金的性能和可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高存留率納米復(fù)合釬料的制備方法，其中，包括：

步驟S1：提供釬料基體、納米增強相和腔體；

步驟S2：分別對所述釬料基體、納米增強相和腔體進行清洗，并分別進行表面處理；

步驟S3：將步驟S2所得釬料基體和納米增強相混合，所得混合物置入腔體后制成塊體材料或預(yù)成型片；

步驟S4：封閉步驟S3所得含有塊體材料或預(yù)成型片的腔體，在外部高能輔助作用下將所述塊體材料或預(yù)成型片進行熔化、凝固，得到高存留率納米復(fù)合釬料。

所述的制備方法，其中，所述步驟S1中，所述釬料基體為Sn基合金、Bi基合金、Zn基合金、In基合金、Au基合金、Pb基合金中的一種，所述腔體由釬料基體組分或不銹鋼、Ni、Al、SiO₂等低擴散系數(shù)剛性薄板制得，也可為帶有上述材料鍍層的其他剛性材料，腔體壁厚為0.25mm-3mm，鍍層厚度為0.1-10μm。