一种含石墨烯和铁颗粒的SnBi系无铅钎料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种含石墨烯纳米片（GNS）和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料的制备方法，属于低温焊接材料技术领域。其中GNS的质量分数为0~0.1%，铁的质量分数为0~0.1%，其余成分为SnBi二元共晶合金。本发明专利技术还公开了该无铅钎料的制备方法。本发明专利技术的钎料合金为共晶组织，熔点低，微观组织均匀，且具有良好的润湿性。此外，钎料合金中不含Pb，是一种环保型钎料，适用于低温软钎焊领域。

【技术实现步骤摘要】
一种含石墨烯和铁颗粒的SnBi系无铅钎料的制备方法
本专利技术属于低温焊接材料
，具体涉及一种含有石墨烯纳米片（GNS）和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料的制备方法，所述无铅钎料适用于电子封装、温度保险丝等领域，实现被连接材料之间的连接功能。
技术介绍
SnBi共晶钎料具有低熔点（138℃）、高润湿性等优点，成为可以取代Sn-Pb焊料的选择之一，对环境污染小，适用于低温钎焊领域。然而，较低的塑形阻碍了其广泛应用。为了改善钎料的性能，提高现有无铅钎料的服役可靠性，大多数研究人员选择将无铅钎料合金化和复合化，采用不同的添加相来改善钎料基体的综合性能。增强相主要有以下几类：反应类、非反应类、复合类。其中，反应类包括一些金属粒子（Ag、Cu、Ni、Cr、Mn等）和金属间化合物（Cu6Sn5等）；非反应类包括氧化物（Al2O3、TiO2、Fe2O3、ZnO等）、碳化物（TiC、SiC等）、碳纳米材料（MCNT、SCNT、GNS等）、单质（金刚石、Si等）；复合类包括有机大分子（POSS）和金属非金属复合物（镀Ni的CNT、镀Ag的GN等）。本专利技术通过向Sn-58Bi共晶钎料中进行Fe元素和微量GNS的添加，来尝试解决电子封装元器件中钎料焊点在热学、力学、电学等作用下存在的诸多问题。为SnBi系钎料合金能够进行大规模生产和使用提供理论依据，并为电子产品可靠性的进一步研究提供理论基础，对各种连接技术有一定的参考作用，对改善焊点的力学性能、抗腐蚀性能和抗电迁移性能有一定的帮助。
技术实现思路
r>本专利技术的任务在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种含有GNS和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料的制备方法，本专利技术的钎料合金为共晶组织，熔点低，微观组织均匀，具有良好的润湿性，此外，不含有毒元素，是一种环保型钎料，适用于低温软钎焊领域。GNS的加入有助于改善焊料组织，使微观组织均匀化分布，从而提高焊点的塑形，有利于焊点在服役过程中，稳定性的提高，同时，还能提高钎料合金的抗腐蚀性能；微米级Fe颗粒的加入有助于抑制Bi相的粗化，改善焊料的力学性能，提高焊点的稳定性，解决电子产品中互连焊点服役过程中，过早失效的问题，有助于延长电子产品的使用寿命。本专利技术的任务是根据以下提供的配比完成的，SnBi-xFe-yGNS低温无铅钎料中，Fe元素的质量百分比分别为0.03%、0.07%、0.1%，GNS的质量百分比分别为0.03%、0.07%、0.1%，其余成分为SnBi二元共晶钎料合金。其中，Sn的质量百分比为42%，Bi的质量百分比为58%。一种含有GNS和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料的制备方法，该无铅钎料的制备方法是按照以下步骤完成：按照Fe的质量分数为0~0.1%，GNS的质量分数为0~0.1%，配比、称量，加入无水乙醇，进行机械研磨1.5~2h，混合均匀后，在SMT无铅回焊炉中并且在200~250℃下常压保温反应10~20min，设置温度、时间参数，随炉冷却后，制备出SnBi-xFe-yGNS低温无铅钎料，最后，将得到的样品在超声清洗器中依次用去离子水、酒精、丙酮清洗，洗去杂质和油污。本专利技术的一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.94%：0.03%：0.03%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.90%：0.03%：0.07%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.87%：0.03%：0.1%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.90%：0.07%：0.03%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.86%：0.07%：0.07%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.83%：0.07%：0.1%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.87%：0.1%：0.03%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.83%：0.1%：0.07%。本专利技术的另一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.80%：0.1%：0.1%。一种SnBi钎料合金，Sn的质量百分比为42%，Bi的质量百分比为58%，该钎料为二元共晶合金，熔点为138℃。在本专利技术所述的任一个具体实施例中，所述的GNS，其特征在于：所含GNS的厚度为1~5nm。在本专利技术所述的任一个具体实施例中，所述的Fe颗粒，其特征在于：所含Fe颗粒的直径为1~8μm。在本专利技术所述的任一个具体实施例中，所述的SnBi钎料合金，其特征在于：Sn的质量百分比为42%，Bi的质量百分比为58%，且SnBi合金粉末的直径为30-60μm。同时，本专利技术制备流程简单，工序少，价格低，不含对人体和环境有害的金属元素，能够充分体现环保理念，易于推广，在电子封装领域，具有普适性，且能在一定程度上满足大规模的工业生产要求。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的复合钎料合金微观形貌的扫描电镜图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1一种含有GNS和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其组成成分中，SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.94%：0.03%：0.03%，其中GNS的厚度为1-5nm，Fe颗粒的直径为1-8μm，SnBi合金为金属粉末，该粉末中：Sn的质量百分比为42%，Bi的质量百分比为58%，粉末的颗粒直径为30-60μm。实施例2一种含有GNS和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其组成成分中，SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.90%：0.03%：0.07%。，其中GNS的厚度为1~5nm，Fe颗粒的直径为1~8μm，SnBi合金为金属粉末，该粉末中：Sn的质量百分比为42%，Bi的质量百分比为58%，粉末的颗粒直径为30~60μm。实施例3一种含有GNS和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其组成成分中，SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.87%：0.03%：0.1%，其中GNS的厚度为1~5nm，Fe颗粒的直径为1-8μm，SnBi合金为金属粉末，该粉末中：Sn的质量百分比为42%，Bi的质量百分比为58%，粉末的颗粒直径为30~60μm。实施例4一种含有GNS和微米级Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其组成成分中，SnBi钎料合金、GNS与Fe的质量比为99.90%：0.07%：0.03%，其中GNS的厚度为1~5nm，Fe颗粒的直径为1~8μm，SnBi合金为金属粉末，该粉末中：Sn的质量百分比为42%，Bi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含石墨烯纳米片（GNS）和Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其特征在于：该无铅钎料的制备方法是按照以下步骤完成：按照Fe的质量分数为0~0.1%，GNS的质量分数为0~0.1%，配比、称量；依次将GNS和Fe在无水乙醇中超声震荡2h后，再加入SnBi合金粉末机械研磨1.5~2h，混合均匀后，放入SMT精密无铅回焊炉，设置好各个阶段的温度、时间参数，200~250℃保温10~20min；随炉冷却后，制备出Sn-Bi-

【技术特征摘要】
1.一种含石墨烯纳米片（GNS）和Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其特征在于：该无铅钎料的制备方法是按照以下步骤完成：按照Fe的质量分数为0~0.1%，GNS的质量分数为0~0.1%，配比、称量；依次将GNS和Fe在无水乙醇中超声震荡2h后，再加入SnBi合金粉末机械研磨1.5~2h，混合均匀后，放入SMT精密无铅回焊炉，设置好各个阶段的温度、时间参数，200~250℃保温10~20min；随炉冷却后，制备出Sn-Bi-xFe-yGNS低温无铅钎料；最后，将得到的样品在超声清洗器中依次用去离子水、酒精、丙酮清洗，洗去表面杂质和油污。


2.根据权利要求1所述的含GNS和Fe颗粒的SnBi系低温无铅钎料，其特征在于：所含GNS的厚度为1~5nm。


3.根据权利要求1所述的含GNS和...

【专利技术属性】
技术研发人员：马东亮，李航行，英宁，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65