[发明专利]金属颗粒增强的锡铅基复合钎料及其制备方法

说明书

一、技术领域

金属颗粒增强的锡铅基复合钎料及其制备方法属于金属基复合钎料技术领域。

二、背景技术

锡铅钎料在电子工业中有广泛的应用，并实现元器件内及元器件与印刷电路板之间的电连接及机械连接。随着元器件的小型化及表面组装技术的发展，对钎料的显微组织稳定性、力学性能，特别是抗蠕变性能的要求越来越高。特别是在光电子组装中，元件之间的定位在整个运行寿命中必须保持精确。例如，在激光器、发光二级管及光揽工程连接上，任何因蠕变导致的位移，都可能影响光信号的传输质量，甚至使传输信号完全丧失。目前，在光电子组装中广泛采用金基钎料，如80Au-30Sn共晶钎料，虽然该钎料蠕变抗力较高，但钎料熔点较高(273℃)，过高的钎焊温度可能对光纤或光电子器件造成损伤，而且价格昂贵。另外，汽车电子和军用电子设备，对钎料的抗蠕变性能也有很高的要求。

锡铅共晶或近共晶钎料熔点较低(183℃)，价格低廉，钎焊工艺性能好，但抗蠕变性能差。为提高锡铅钎料的力学性能，常采用两种方法：沉淀强化和弥散强化。沉淀强化要求所加入的成分必须与金属基体相适应，而且合金元素的加入不能过分破坏钎料的物理性能和钎焊的工艺性能。另外，沉淀强化钎焊缝的显微组织不稳定，沉淀相随时间容易粗化，而且粗化的沉淀相对焊缝的力学性能可能是有害的。而弥散强化，弥散体是外加的，具有较大的选择余地，且能较好的控制显微组织。

日本专利JP11333590提出在锡铅钎料中加入重量比为0.3-1.0％的锑，0.001-0.15％的钙，0.5-3.0％的银，0.1-0.8％的铜和0.3-2.0％的铟，形成一种七元合金钎料。另外，日本在中国申请的专利CN1110203A提出，在锡铅合金钎料中含重量比为15-80％的铅，0.1-5％的银，0.1-10％的锑，0.0005-0.3％的磷，其余为锡，形成一种五元合金钎料。上述两种钎料都是在锡铅钎料的基础上添加银、铜、锑、铟等元素合金化，通过在焊后组织中沉淀出银、铜、锑、铟等元素的金属间化合物实现强化。但由于焊后显微组织不稳定，沉淀相粗化，导致钎焊金属的力学性能降低。另外，这两种钎料在提高锡铅钎料的抗蠕变性能的同时，也较大程度地改变了锡铅钎料良好的物理性能。荷兰菲力浦光灯制造公司在中国申请的专利CN1059372A提出，在锡铅合金钎料中加入最高可到5％(体积)的金属间化合物，例如Ni₃Sn₄和CuNiSn₃微粒，形成弥散强化的合金。该发明专利说明：焊后100℃，保温29小时，晶粒并无明显粗化和长大，并由此推测出现疲劳和断裂的可能性会减小，但没给出性能数据。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种抗蠕变性能高、制备方法简单、成本低的金属颗粒增强的锡铅基复合钎料及其制备方法。

本发明所提供的金属颗粒增强的锡铅基复合钎料，包括颗粒状的锡铅基体和颗粒状的增强体，其特征在于：所述的颗粒状的锡铅基体尺寸在35-74μm之间，其中锡的重量比为5-95％，其余为铅；所述的颗粒状的增强体为尺寸在0.5-5μm之间的Ag、尺寸在0.5-5μm之间的Ni或尺寸在0.5-38μm之间的Cu，该增强体在复合钎料中的体积比为1-15％。

本发明所提供的金属颗粒增强的锡铅基复合钎料的制备方法，其特征在于：将锡铅钎料、增强体颗粒及膏状钎剂机械混合均匀，搅拌15min以上，使增强体弥散分布于锡铅基体中，得到膏状金属颗粒增强的锡铅基复合钎料。

本发明提供的金属颗粒增强的锡铅基复合钎料，成分相对简单，增强体采用纯金属颗粒。在再流焊过程中，增强体与基体界面发生冶金反应，形成一薄层金属间化合物，抗蠕变性能大幅度提高，且熔化温度、润湿性及钎焊工艺性能等与相应的现行锡铅钎料相当，保持锡铅钎料熔化温度低、润湿性好、钎焊工艺性能优良等优点，而且钎料制备简单。

四、附图说明

图1：67Sn-37Pb钎料与本发明例1的金属颗粒增强的复合钎料平均蠕变寿命统计图；

图2：67Sn-37Pb钎料与本发明例2的金属颗粒增强的复合钎料平均蠕变寿命统计图；

图3：67Sn-37Pb钎料与本发明例3的金属颗粒增强的复合钎料平均蠕变寿命统计图；

图4：67Sn-37Pb钎料与本发明例4的金属颗粒增强的复合钎料平均蠕变寿命统计图；

图5：67Sn-37Pb钎料与本发明例5的金属颗粒增强的复合钎料平均蠕变寿命统计图。，