低温快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法属于材料制备与连接领域，适用于制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点。采用一维线性铜棒作为焊盘，并将其用双面胶固定于印刷电路板上，在两个铜棒之间填入复合钎料焊膏，采用无铅焊接系统对焊缝处进行焊接，制备一维线性钎料焊点，经过磨抛，获得可用于进行电学，力学及热学可靠性研究的Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点。该方法能够保证低成本低温且快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点，能够缓解由于Sn基焊点的各向异性导致的失效问题，同时能够大大降低传统金属间化合物焊点的制备成本。
【技术实现步骤摘要】
低温快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法
本专利技术为低成本快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法，属于材料制备与连接领域，适用于制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点，应用于焊点的电学，力学及热学等可靠性的研究。该方法能够保证低成本且快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点，保证对接焊点的力学性能和尺寸，进而保证焊点在可靠性测试中的稳定性。
技术介绍
随着电子封装技术的发展和组装密度的不断提高，电子产品在实际服役的环境中要承受高温、高电流密度以及热疲劳等可靠性的挑战，微互连焊点尺寸显著减小，单个焊点的破坏往往导致整个封装结构的失效，焊点的可靠性越来越收到广泛关注。金属间化合物在电子封装连接的过程中起到重要的作用，是封装焊点连接可靠性的标志，且随着电子产品中封装密度的提高，金属间化合物占焊点整体的比例越来越大，当金属间化合物比例增大到一定程度将使焊点在服役过程中出现严重问题。钎料的无铅化推动了Sn基无铅钎料的发展，其中以Sn-Ag-Cu(SAC)系合金钎料的服役性能最为优异，其中Sn-Ag基合金钎料的熔点约为217℃。此外，Sn基无铅焊点中的金属间化合物以Cu6Sn5为主。经过回流焊的Cu基焊盘焊点中，Cu6Sn5作为连接Sn基无铅钎料和焊盘的主要产物，在焊点的服役可靠性方面具有至关重要的作用。Cu6Sn5的熔点约为415℃，具有良好的高温服役能力，并且Cu6Sn5的抗蠕变性能及优良的力学性能能够保证焊点的强度。目前，制备Cu6Sn5金属间化合物焊点面临一系列难题：制备工艺复杂，焊接温度较高，焊点的形成时间较长，并且制备成本较高。因此寻找一种低成本低温且快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维对接线性焊点十分有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服制备Cu6Sn5金属间化合物焊点所使用的复杂工艺，降低制备成本和周期，克服制备过程中复杂耗能的工艺方法，达到能够低成本快速制备Cu6Sn5金属间化合物焊点，同时期望可以通过对Cu6Sn5金属间化合物焊点的焊后状态，以及力、热、电等多方面性能的表征，获得一系列可靠性数据，最终对焊点的可靠性进行综合评价。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案。一种低成本快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法，其特征在于，包括以下步骤：1.采用线切割的方式获得一维线性铜棒，用砂纸将铜棒两端打磨平整，保证焊接平面的尺寸、形状和平整度；分别用丙酮溶液和硝酸水溶液清洗铜棒，去除铜棒表面的有机污染物和氧化物，最终将铜棒放入乙醇溶液中清洗并烘干；2.机械搅拌法制备复合钎料2.1称取Sn基无铅钎料焊膏，根据厂家提供的合金质量百分比得到焊膏中合金的质量；2.2在焊膏中加入粒度为1μm的铜粉，进行机械搅拌，搅拌时间需在60min以上，从而确保铜颗粒在焊膏中均匀分布，将铜粉分成5-10次加入到焊膏中，每次加入需搅拌10-15分钟，最终获得复合钎料焊膏；3.在基板上粘附双面胶，将两铜棒固定于基板上，用复合钎料填充到两个铜棒焊接平面之间的焊缝中，将填充好复合钎料的样品置于无铅焊台上，对焊缝处进行焊接，随后冷却；5.将粘在基板上焊接完成的一维线性焊点浸泡在丙酮溶液中超声清洗，从而将一维线性对接焊点从基板上取下，得到Cu6Sn5金属间化合物一维线性对接焊点，用2000#砂纸磨除焊缝四面多余钎料，对焊点指定观察面进行抛光，获取焊点观察面的电子背散射衍射(ElectronBack-scatteredDiffiraction,EBSD)数据和显微组织特征。所述基板能够耐受重熔温度并且不导电，为印刷电路板；钎料焊膏为所有Sn基的二元合金，三元合金或四元合金；优选是二元合金SnCu系列、SnAg系列、SnZn系列、SnBi系列或SnIn系列，三元合金SnAgCu系列、SnAgBi系列或SnAgIn系列，四元SnAgBiIn系列无铅钎料；所述步骤2中铜粉添加的质量百分比范围选择10wt.％-35wt.％；步骤3中焊接温度高于钎料熔点，并低于300℃；步骤4中的冷却，选择空冷，风冷，水冷或油冷的冷却方式；本专利技术的有点在于，首先能够有效控制所需要一维线性焊点的尺寸；工艺简单，大大降低了制备成本，省略了复杂的工艺步骤，缩短制备时间，能够短时间内快速获得Cu6Sn5金属间化合物焊点；同时获得的焊点能够满足力学，电学和热学测试的各种要求，对其可靠性进行准确评价。附图说明图1打磨铜棒焊接平面磨具图2(a)焊接焊点的实施图,(b)焊点尺寸图3Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点Cu6Sn5分布图(铜粉添加量10wt％)图4Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点Cu6Sn5分布图(铜粉添加量为25wt％)具体实施方式下面结合实例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于一下实施例。实例1：以下内容结合图1-3具体阐述本专利技术的实施方式。1.采用线切割方式将纯度大于99.99wt.％.的铜切割成尺寸为800μm×800μm×20mm的铜棒；2.用2000号砂纸对实验用铜棒进行打磨，结合图1；3.将打磨好的铜棒放入丙酮溶液和体积分数为30vol.％的硝酸水溶液中分别超声清洗8分钟，去除铜棒表面的有机污染物及氧化物，随后将铜棒取出放入乙醇溶液中清洗并烘干；4.称取质量为5g的成分为Sn-3.5Ag的无铅焊膏，焊膏由合金和助焊剂组成，助焊剂采用ALPHAFLUX焊剂。该焊膏中SnAg合金所占百分比约为87.4wt.％，m1＝4.37g，助焊剂约占12.6wt.％，m2＝0.63g；若复合钎料焊膏为Sn-3.5Ag-10wt.％Cu，则铜粉所占质量百分比为10wt.％，需加入铜粉的质量为m3＝0.49g,为了确保复合钎料焊膏中SnAg-Cu合金占复合钎料焊膏的百分比不变，为87.4wt.％，则需向复合钎料焊膏中再加入m4＝0.07g的助焊剂计算过程可参考以下公式：5.将铜粉加入焊膏中进行机械搅拌，搅拌时间需在60min以上，从而确保铜颗粒在焊膏中均匀分布，将铜粉分成5-10次加入到焊膏中，每次加入需搅拌10-15分钟，最终获得复合钎料焊膏；6.在尺寸为20mm*40mm*1.5mm的基板上粘附双面胶，将两铜棒固定于基板上，保证两铜棒之间的焊接平面互相平行，且焊接平面之间的面间距约为200μm，并将铜棒上方用胶带固定，结合图2，保证两侧铜棒在焊接过程中不会移位；7.将填充好复合钎料的样品置于无铅焊台上，采用OkiPS-900精确焊接系统对焊缝处进行焊接，保持8分钟，随后冷却，焊接过程中采用K型接触式热电耦测焊接的实时温度；8.将焊接完成的样品连同基板以通放入丙酮溶液中超声清洗，随后取向样品，不经镶嵌，用2000#砂纸磨除焊缝四面多余钎料，所得到一维线性焊点界面尺寸约为400μm×400μm，对焊点指定观察面进行抛光，结合图3，获取焊点观察面的EBSD数据，通过图像处理，得到图3中Cu6Sn5占焊点观察面的面积比约为35.3％。实例2：以下具体阐述本专利技术的实施方式，以下内容结合图4阐述本专利技术的实施方式。实例2与实例1的实施步骤1-3和步骤5-7基本相同，不同之处在于步骤4，复合钎料焊膏中铜所占质量百分比为25wt.％，具体实施方式如下：1.称取质量为5g的成分为Sn-3.5Ag的无铅焊膏，焊膏由合金和助本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.低温快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用线切割的方式获得一维线性铜棒，用砂纸将铜棒两端打磨平整；分别用丙酮溶液和硝酸水溶液清洗铜棒，去除铜棒表面的有机污染物和氧化物，最终将铜棒放入乙醇溶液中清洗并烘干；(2)机械搅拌法制备复合钎料2.1称取Sn基无铅钎料焊膏，根据厂家提供的焊膏中合金的质量百分比得到焊膏中合金的质量；铜粉的添加量占总合金质量的10wt.％‑35wt.％，总合金的质量在焊膏中所占百分比为80‑90％，得到助焊剂在焊膏中所占百分比，进而计算需添加的助焊剂的质量；2.2在焊膏中加入粒度为1‑3μm的铜粉，进行机械搅拌，搅拌时间需在60min以上，使铜颗粒在焊膏中均匀分布，将铜粉分成5‑10次加入到焊膏中，每次加入需搅拌10‑15分钟，最终获得复合钎料焊膏；(3)在基板上粘附双面胶，将两铜棒固定在基板上，用复合钎料填充到两个铜棒焊接平面之间的焊缝中，将填充好复合钎料的样品置于无铅焊台上，对焊缝处进行焊接，随后冷却；(4)将粘在基板上焊接完成的一维线性焊点浸泡在丙酮溶液中超声清洗，从而将一维线性对接焊点从基板上取下，得到Cu6Sn5金属间化合物一维线性对接焊点，用砂纸磨除焊缝四面多余钎料，对焊点指定观察面进行抛光，获取焊点观察面的电子背散射衍射数据和显微组织特征。...
【技术特征摘要】
1.低温快速制备Cu6Sn5金属间化合物一维线性焊点的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用线切割的方式获得一维线性铜棒，用砂纸将铜棒两端打磨平整；分别用丙酮溶液和硝酸水溶液清洗铜棒，去除铜棒表面的有机污染物和氧化物，最终将铜棒放入乙醇溶液中清洗并烘干；(2)机械搅拌法制备复合钎料2.1称取Sn基无铅钎料焊膏，根据厂家提供的焊膏中合金的质量百分比得到焊膏中合金的质量；铜粉的添加量占总合金质量的10wt.％-35wt.％，总合金的质量在焊膏中所占百分比为80-90％，得到助焊剂在焊膏中所占百分比，进而计算需添加的助焊剂的质量；2.2在焊膏中加入粒度为1-3μm的铜粉，进行机械搅拌，搅拌时间需在60min以上，使铜颗粒在焊膏中均匀分布，将铜粉分成5-10次加入到焊膏中，每次加入需搅拌10-15分钟，最终获得复合钎料焊膏；(3)在基板上粘附双面胶，将两铜棒固定在基板上，用复合钎料填充到两个铜棒焊...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭福，田雨，马立民，王乙舒，齐楚晗，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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