[发明专利]一种包覆改性无铅焊料合金粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于表面组装技术领域的保护层制备，尤其涉及合金粉末的表面改性。

背景技术

长期以来，Sn-Pb焊料以其使用的方便性、焊接的稳定性、价格的合理性，成为广泛应用的低温焊料。但是，Pb的使用对环境造成极大的污染，严重影响了人类的健康。焊料的无铅化势在必行。欧洲WEEE及我国信息产业部均制定了相关的法令法规，明确禁止和限制锡铅焊料的使用。

表面组装技术尤其是倒装芯片技术的发展使得焊膏的在电子工业中的应用更为广泛。一方面，窄间距、高密度的表面组装技术要求采用粒度更小的超微焊料合金粉末，以保障其印刷性。另一方面，焊点尺寸越来越小，其承载的力学、电学和热力学负荷越来越大，对可靠性要求也日益提高，从而对焊膏的品质提出了更高的要求。因此，表面组装技术需要高品质的精细焊膏。

金属在环境介质或者潮湿环境中自发氧化形成氧化膜，金属粉末由于其发达的比表面积，表面易于氧化。焊料合金粉末制备后暴露在空气中即造成表面的氧化。配成焊膏后，焊粉也会同助剂反应，造成焊膏粘度增大，印刷性能下降。在助剂中加大活性剂含量，在焊接时能有效去除氧化膜，但会引起较多的焊后残留，加速焊接区的腐蚀。而符合发展趋势的环境友好的水洗和免清洗助剂则不能完全去除表面氧化膜。焊接时，氧化的焊粉不完全熔化，与未氧化焊料分离，停留在焊点表层，或者延迟熔化，形成焊球。焊球的产生引起导线短路，焊接强度降低，焊点外观发暗。因此，焊粉、焊膏的氧化严重影响印刷、焊接性能及可靠性，恶化焊膏品质，也限制了其保存时间，严重制约了其使用期限。超细粒度的无铅焊料合金粉末拥有更发达的比表面积，表面更易于氧化，对焊接性能的影响更大。

US 5328522（Jul. 12，1994）报道：通过裂解、气相沉积的方法在焊料合金粉末表面包覆对二甲苯，提高焊粉的抗氧化性能，且对焊料的回流特性没有产生明显影响。然而，对二甲苯具有微毒性且包覆工艺复杂。 Sungil Cho等在JOM（2005，（6）：50-52）上报道：150℃干态空气中，SnZnBi合金生成ZnO和SnO2，Zn的存在促使SnO₂的形成，降低了其抗氧化性。T Iwasaki 等在Journal of Electronic Materials（2005,34(5):647-654）上报道：采用十二羟基酸通过干态球磨的方法包覆Sn₈Zn₃Bi焊粉，包覆粉末存放后的润湿性能及焊球实验表明其抗氧化性能良好。谭木姊等在电子元件与材料（2008,27(2):45-47）上报道：在室温条件下，采用液相法用2wt%的有机物C改性Sn₈Zn₃Bi，发现改性粉末润湿性有所提高，存储后的改性粉末润湿性能降低的速率更慢。Fei-Yi Huang 等在Journal of Alloys and Compounds（2006，415：85–92）上报道：Sn-3.5Ag-(2.0Cu)焊料粉末表面氧化膜由SnO 和SnO₂组成，表面层SnO₂的浓度大于SnO的浓度，焊料内部SnO浓度逐步增加，整体氧化层厚度约为1um。

发明内容

本发明旨在提供一种新的SnAgCu或SnInAg或InAg无铅焊料合金粉末的表面改性方法，以提高这些无铅焊料合金粉末抗氧化性能，延长存储时间，并提高焊料合金粉末的流动性和分散性。

本发明无铅焊料合金粉末的表面改性方法的详细技术方案为：取微细SnAgCu或SnInAg或InAg无铅焊料合金粉末，采用以酒精为介质的超声仪超声震动10~20min；加入硬脂酸使其在50~70℃时形成浓度为0.0005-0.01mol/L的硬脂酸酒精溶液，并保温15~45min；经50~70℃等温热抽滤分离包覆合金粉末与溶液；抽滤后合金粉末经30~40℃真空干燥1~2小时即可得厚度为5~10nm、包覆致密的改性焊料合金粉末。

在该方法中，采用以酒精为介质的超声仪超声震动无铅焊料合金粉末的目的是尽可能去除表面吸附气体和氧化膜。将合金粉末在50-70℃温度下在0.0005-0.01mol/L的硬脂酸酒精溶液中保温15-45min，硬脂酸分子经等温吸附-解吸附-再吸附的物理过程，就包覆在焊料合金粉末表面，形成表面单分子或多分子吸附层。