[发明专利]大幅度降低锡基无铅焊料熔化温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大幅度降低锡基无铅焊料熔化温度的方法，属焊接材料及电子封装技术领域。

背景技术

传统的Sn-Pb焊料因其具有良好的焊接性能和使用性能而具有较长的使用历史，但是Pb及含Pb化合物会对人类健康以及环境产生潜在的巨大危害。因此，许多国家制订了相关法律法规限制Pb及含Pb化合物在电子电气设备中的使用，比如欧盟的RoHS指令明确限制了Pb的使用，该指令已经于2006年7月1日开始强制实施。我国也制定了《电子信息产品污染控制管理办法》来限制Pb等有害物质在电子信息产品中的使用，并且已经于2007年3月1日开始实施。因此，用无铅焊料来代替传统的锡铅焊料已是大势所趋。目前，一系列无铅焊料合金已经开发出来，其中Sn-Ag-Cu系焊料合金被公认为是最有可能替代锡铅焊料的合金体系。但是，Sn-Ag-Cu系合金成分的熔化温度一般在217～221℃，远高于过去传统Sn-37Pb(wt.％)共晶合金的183℃的熔化温度。尽管无铅焊料的使用是大势所趋，但由于其熔化温度要大大高于多年来一直使用的Sn-Pb共晶合金焊料的温度，其质量在很多情况下难以得到保证。在某些重要的应用场合，封装可靠性无疑将比环保更为重要。基于以上考虑，2006年10月12日，欧盟正式采纳3项与RoHS指令(2002/95/EC)有关的新决议(2006/690EC、2006/691/EC、2006/692/EC)，新决议增添了9个豁免项目，其中8项与铅有关。

为了克服现有无铅焊料熔化温度高于锡铅焊料熔化温度的严重缺陷，开发新技术降低无铅焊料的熔化温度显得尤为重要。众所周知，纯金属纳米粒子的熔化温度一般低于相应大块材料的平衡熔化温度，表现出明显的尺寸依赖性。熔化温度随着纳米粒子尺寸的减小而降低。因此，利用纳米粒子的尺寸效应开发新型低熔点纳米无铅焊料合金成为可能。台湾清华大学杜正恭教授的研究组曾用化学还原的方法制备Sn-3.5Ag-xCu(x＝0.2，0.5，1.0)无铅焊料合金纳米粉末，用示差扫描量热计(Differential Scanning Calorimeter，DSC)方法测定所制备的纳米粉末的熔化温度为215℃左右，熔化温度仅降低2℃左右，没有明显变化(L.Y.Hsiao，and J.G.Duh，“Synthesis and characterization of lead-free solders with Sn-3.5Ag-xCu(x＝0.2，0.5，1.0)alloy nanoparticles by the chemical reduction method，”J.Electrochem.Soc.vol.152，no.9，pp.J105-J109，2005)。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以大幅度降低高熔点锡基无铅焊料合金熔化温度的方法。更具体地说，本发明的目的是提供一种采用直流电弧法在液态保护介质中制备无铅焊料合金纳米粉末，然后用离心分离的方法去除纳米粉末中可能含有的少量亚微米级粒子，从而实现大幅度降低无铅焊料合金熔化温度的方法。

本发明涉及一种大幅度降低高熔点锡基无铅焊料合金熔化温度的方法，通过下列技术手段得以实现：

一种大幅度降低锡基无铅焊料熔化温度的方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先将锡基无铅焊料母合金制成棒状电极的阴极和阳极；

b.将上述的阴极和阳极通过钻夹头夹持并置于采用直流电弧法制备纳米粉末的容器中，容器中放有液体保护介质，所述的阴极和阳极均浸没于液体保护介质中；

c.调节控制与所述阴极和阳极电极夹具导线相连的直流弧焊机的电流，控制直流电流大小范围为20～70A；然后将阴、阳两个电极对中，使其接触产生电弧，依靠电弧作用制备粉末；

d.将由步骤c所制得的纳米粉末和液体保护介质的混合液体静置，分离出悬浊液中的沉淀物；所得的沉淀物主要为纳米粒子组成的粉末，同时其中含有少量的亚微米级粒子；