[發明專利]一種添加抗跌落顆粒的低溫焊膏

在審

• 申請號: 202110324268.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN112935615A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 蔡珊珊;王加俊;彭巨擘;羅曉斌
• 申請（專利權）人: 云南錫業集團（控股）有限責任公司研發中心
• 主分類號: B23K35/02
• 分類號: B23K35/02;B23K35/26;B23K35/28;B23K35/36;B23K35/40
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

本發明公開了一種添加抗跌落顆粒的低溫焊膏，其是在無鉛焊膏中添加有機物顆粒和/或Mxene材料，提高低溫焊膏的跌落性能，解決低溫Sn?Bi基焊膏在焊接后所形成的焊點由于Bi聚集產生脆性，導致力學性能低，跌落性能差等問題。本發明在Sn?Bi焊膏的基礎上，按助焊劑質量2%?6%的量添加有機物顆粒；按合金焊料質量0.2%?0.5%的量添加Mxene材料；回流后Mxene材料分散在焊點內，而有機物顆粒則部分以殘留的形式，存在于焊點周圍，兩者以不同的機制提高焊點的抗跌落性能。

技術領域

本發明涉及一種添加抗跌落顆粒的低溫焊膏，屬于電子器件焊接用材料技術領域。

背景技術

錫基焊料以其較低的熔點稱為電子制造領域不可或缺的連接材料。由于鉛具有毒性，Sn-Ag-Cu合金已取代傳統的SnPb合金成為電子制造業表面貼裝工藝的主流合金。然而，由于回流焊的輸入溫度不低于260℃，因此制造過程中一直存在著熱輸入較大的問題。這使得薄而大的芯片或PCB版容易翹曲。而共晶熔點僅為138℃的Sn-Bi合金就再次進入研究者的視線。該合金在無鉛初期由于熱組織熱穩定性較差，界面脆性，以及較低的抗沖擊性能，限制了其應用。但其低溫回流的特性，卻使人們期待在加入降熔的基礎上，提高該類合金的力、熱性能，或者通過微合金化，顆粒添加來實現對其性能的優化。此外，較低的回流溫度使得能夠使用更便宜的基板，這可以顯著降低材料、能源和制造成本。這使得基于Sn-Bi焊料的低溫焊接熔液成為一個非常有競爭力的提議。根據iNEMI（International ElectronicsManufacturing Initiative）2015的路線圖，預計在未來10年內將實現低溫微焊接熔液大范圍應用（比SAC305合金的熔化溫度低1-20%）。

雖然Sn-Bi合金熔點低，但在焊接過程中會產生界面可靠性問題。Bi在凝固過程中易產生偏析，組織粗化，同時Bi具有脆性，會導致焊點力學性能下降，跌落沖擊容易發生脆斷。所以需要開發一種具有更強跌落性能的Sn-Bi基焊材來提高實際使用中的可靠性。

基于以上問題，公開號為CN109518019A的發明通過控制合金凝固過程，抑制了初生β-Sn的析出，大幅增加共晶組織的比例，使合金晶粒的細化程度超過了傳統利用微合金添加改性方法的幾個量級。保證了合金具有更加優異的綜合性能。然后利用組織的遺傳效應，同樣細化焊點合金組織。類似地，公開號為CN110773901A的發明公布了一種Cu₆Sn₅納米顆粒優化SnBi無鉛復合焊料的制備方法，通過化合物顆粒對合金塊體性能進行強化。其后在回流形成焊點過程中，通過合金內的化合物遺傳效應，實現焊點性能的優化。以上兩發明均從塊體合金角度出發，期待合金遺傳效應，使得塊體合金形成的微觀焊點組織細化，進而提高綜合性能。對于是否能夠提高動態性能指標，還沒涉及。

目前，微電子連接領域常使用焊膏作為焊接材料。焊膏由合金焊料粉末和助焊劑組成，是具有一定的粘性、觸變性和可焊性的膏體。焊料合金用于連接被焊接物金屬表面并形成焊點，助焊劑在焊接工藝中幫助和促進焊接過程，同時具有保護作用，阻止再氧化反應。因此，本發明在未明顯改變合金熔點的前提下，從合金角度、助焊劑角度，全方位提高錫膏形成焊點的跌落性能。

發明內容

為了解決低溫SnBi焊膏形成的焊點跌落性能較低的問題，本發明提供了一種添加抗跌落顆粒的低溫焊膏，低溫焊膏包括焊料合金80%-90%、助焊劑10%-20%，還包括有機物顆粒和/或Mxene材料；

所述焊料合金為Sn-Bi焊粉；

所述助焊劑由活性劑、成膜劑、觸變劑、表面活性劑、緩蝕劑和溶劑組成，各組分比例為常規比例；

所述有機物顆粒為粒徑5~10μm的尼龍6顆粒，添加量為助焊劑質量的2%-6%；

所述Mxene材料為Ti₂C、Ti₃C₂或Mo_xC_yd，粒徑5nm~4μm，添加量為焊料合金質量的0.2%-0.5%。