焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法技术

本发明专利技术公开了焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法，对Cu粉末、Sn粉末、Ni粉末物质的量比为2.5

【技术实现步骤摘要】
焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法


[0001]本专利技术涉及电子封装微互连
，具体而言，涉及焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法。

技术介绍

[0002]在电子封装和组装领域中，锡基焊料是一种重要的芯片级、封装级和板级组装级互连材料，锡基焊料形成微焊点后可实现两个金属表面间的电、信号和机械连接的功能。常见的SnAgCu系,SnAg系和SnCu系锡基焊料的熔点为222～245℃，而由于很多电子元器件对温度敏感，如发光二极管(LED)、柔性材料和太阳能板光伏焊带等，只有在低温下焊接才能保证其产品良率。因此，SnBi焊料以其相对较低的熔点(138℃)、良好的润湿性、低廉的价格和较高的抗拉强度，成为微电子制造行业低温焊接领域的重要焊料。但是，SnBi焊料的延展性较差，焊后呈脆性断裂模式。同时，由于Bi元素本身的脆性，使得SnBi焊料的抗蠕变性能较差，力学强度不足。这都阻碍了其在低温封装领域的进一步发展。
[0003]研究表明，采用微米或纳米颗粒增强的方法是提高SnBi焊料合金力学性能的有效途径。纳米Ag颗粒增强的SnBi复合焊料能表现出更好的力学性能，但对于剪切强度提升并不明显且增强相制备成本高昂。金属间化合物(IMC)Cu6Sn5作为锡基钎料焊接过程中常见的生成物，可以作为增强相添加到SnBi焊料中，能有效地改善复合焊料合金的硬度和弹性模量。但是目前使用还原沉淀方法制备Cu6Sn5纳米颗粒的制备流程较为复杂，原材料需求也多种多样。碳纳米管(CNTs)的添加可以细化Sn
‑/>Bi钎料微观组织，从而提高焊点的强度和力学性能，但是其在制备过程中不易控制，在形成晶格缺陷的同时容易导致碳纳米管的长度过短，失去原始碳纳米管具有的性能。
[0004]非晶合金具有优异的力学性能，是迄今为止最强的金属材料(屈服强度和断裂韧性最高)。近年来，虽然由金属间化合物(IMC)颗粒引起的无铅焊料增强已有研究，但对于非晶态或近非晶态IMCs合金颗粒，其对SnBi焊料的影响尚未被研究。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种焊料用增强材料的加工方法，对Cu粉末、Sn粉末、Ni粉末物质的量比为2.5
‑
3.0:3.0
‑
3.5:1的原料进行烧结，所述烧结步骤主要作用温度为450℃
‑
550℃。
[0009]在可选的实施方式中，所述烧结步骤包括：于15
‑
25min内将烧结温度由15
‑
25℃升温至450℃
‑
550℃，保温20
‑
40min；随后于100
‑
130min内将处理温度降至20
‑
25℃；
[0010]优选地，所述烧结步骤真空度在1
×
10
‑2以下；
[0011]优选地，所述烧结步骤对物料施加45
‑
55Mpa的压力。
[0012]在可选的实施方式中，所述烧结后依次进行熔炼和急冷凝固；
[0013]优选地，所述熔炼步骤温度为950
‑
1050℃；
[0014]优选地，所述熔炼步骤真空度在1
×
10
‑2以下；
[0015]优选地，所述极冷凝固是在30
‑
60s内将熔融物料温度降至20
‑
30℃。
[0016]在可选的实施方式中，所述熔炼和急冷凝固在真空熔炼甩带炉内进行；
[0017]优选地，所述急冷凝固过程中甩带炉辊轮速度为30
‑
40m/s。
[0018]在可选的实施方式中，对急冷凝固得到的物料进行粉碎，得到颗粒状的近非晶态增强材料；
[0019]优选地，所述粉碎步骤在行星式球磨机中进行；
[0020]优选地，所述粉碎步骤中磨球为氧化锆材质；
[0021]优选地，所述粉碎步骤中磨球包括直径10mm的大球和直径5mm的小球，所述大球和小球的重量比为1.2
‑
1.5：1；
[0022]优选地，所述粉碎步骤中球料比约为18
‑
22：1；
[0023]优选地，所述粉碎步骤采用湿磨的方式，球磨时间为60
‑
75小时，球磨机转速为280
‑
320r/min；
[0024]优选地，所述湿磨是向球磨罐内加入无水乙醇至覆盖物料和球体；
[0025]优选地，湿磨后将物料至于50
‑
60℃环境下干燥20
‑
28h；
[0026]优选地，湿磨后使用2300目筛网进行筛分获得尺寸小于5μm的颗粒状的近非晶态增强材料。
[0027]在可选的实施方式中，烧结前，还包括将所述Cu粉末、所述Sn粉末以及所述Ni粉末的混合粉末压制成块状的混合物料；
[0028]优选地，所述Cu粉末、所述Sn粉末以及所述Ni粉末的粒径独立地为70
‑
80μm；
[0029]优选地，使用石墨模具对混合粉末进行压制，所述石墨模具采用顶柱+垫片+石墨纸+粉末样品+石墨纸+垫片+顶柱的形式装配；
[0030]优选地，所述熔炼步骤前去除物料表面杂质；
[0031]优选地，所述混合粉末是由所述Cu粉末、所述Sn粉末以及所述Ni粉末于行星式球磨机以及不锈钢球磨罐中混合而得；
[0032]优选地，混合时间为8
‑
12min，混合转速280
‑
320r/min。
[0033]第二方面，本专利技术提供一种复合焊料，含有前述实施方式任意一项得到的焊料用增强材料。
[0034]在可选的实施方式中，所述焊料用增强材料占复合焊料总重的0.25
‑
1％。
[0035]第三方面，本专利技术提供一种复合焊料的加工方法，将含有Sn粉末、Bi粉末和近非晶态增强材料粉末的原料置于280
‑
320℃中熔化后冷却，得到复合焊料。
[0036]在可选的实施方式中，所述冷却速率为8
‑
12℃/min；
[0037]优选地，将所述复合焊料切割后置于熔融松香中重熔，得到球状复合焊料；
[0038]优选地，所述Sn粉末、Bi粉末的重量比为42：58；
[0039]优选地，所述含有Sn粉末、Bi粉末和近非晶态增强材料粉末的原料熔化前先混合均匀并在8
‑
12Mpa下保压3
‑
5min制成压块；
[0040]优选地，所述含有Sn粉末、Bi粉末和近非晶态增强材料粉末的原料在球磨机中，并
在280
‑
320r/min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊料用增强材料的加工方法，其特征在于，对Cu粉末、Sn粉末、Ni粉末物质的量比为2.5
‑
3.0:3.0
‑
3.5:1的原料进行烧结，所述烧结步骤主要作用温度为450℃
‑
550℃。2.根据权利要求1所述的焊料用增强材料的加工方法，其特征在于，所述烧结步骤包括：于15
‑
25min内将烧结温度由15
‑
25℃升温至450℃
‑
550℃，保温20
‑
40min；随后于100
‑
130min内将处理温度降至20
‑
25℃；优选地，所述烧结步骤真空度在1
×
10
‑2以下；优选地，所述烧结步骤对物料施加45
‑
55Mpa的压力。3.根据权利要求1所述的焊料用增强材料的加工方法，其特征在于，所述烧结后依次进行熔炼和急冷凝固；优选地，所述熔炼步骤温度为950
‑
1050℃；优选地，所述熔炼步骤真空度在1
×
10
‑2以下；优选地，所述极冷凝固是在30
‑
60s内将熔融物料温度降至20
‑
30℃。4.根据权利要求3所述的焊料用增强材料的加工方法，其特征在于，所述熔炼和急冷凝固在真空熔炼甩带炉内进行；优选地，所述急冷凝固过程中甩带炉辊轮速度为30
‑
40m/s。5.根据权利要求3或4所述的焊料用增强材料的加工方法，其特征在于，对急冷凝固得到的物料进行粉碎，得到颗粒状的近非晶态增强材料；优选地，所述粉碎步骤在行星式球磨机中进行；优选地，所述粉碎步骤中磨球为氧化锆材质；优选地，所述粉碎步骤中磨球包括直径10mm的大球和直径5mm的小球，所述大球和小球的重量比为1.2
‑
1.5：1；优选地，所述粉碎步骤中球料比约为18
‑
22：1；优选地，所述粉碎步骤采用湿磨的方式，球磨时间为60
‑
75小时，球磨机转速为280
‑
320r...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦红波，梁泾洋，黄家强，李望云，杨道国，张国旗，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：