[发明专利]一种硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊膏及其制备方法。

背景技术

近年来，由于铅的毒性，普遍应用的Sn-Pb钎料逐渐被锡基无铅钎料替代。研究结果表明，最有可能替代锡铅钎料的绿色无铅钎料是以Sn为基，通过添加Ag、Cu、Bi、Zn、In等合金化元素，构成Sn的二元或多元合金系，以满足钎料使用的组织和性能要求。其中Bi、In是降低无铅钎料熔点的重要元素。但由于In价格昂贵，使用受到限制，因而Sn-Bi合金无疑是低温钎料的典型代表。

Sn-58Bi共晶钎料熔点低，具有良好的流动性和热疲劳性能，是低温无铅钎料的理想材料，但由于Bi本身很脆，使得合金延展性小，并且在合金中结晶成粗大不规则的形状，尤其是在高温时效和多次重熔后组织和金属间化合物(MC)粗化极其严重，使粗化位置塑性降低，导致钎焊接头性能差，甚至出现剥离。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有低温无铅钎料存在高温时效后组织和金属间化合物粗化极其严重，使粗化位置塑性降低，导致钎焊接头性能差，甚至出现剥离的问题，而提供一种硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏及其制备方法。

硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏由硼酸铝晶须、Sn-58Bi粉末和松香型助焊剂制成；其中硼酸铝晶须与Sn-58Bi粉末的质量比为1∶50～1000，硼酸铝晶须和Sn-58Bi粉末的总质量与松香型焊剂的质量比为8～9∶1～2。

制备硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏的方法按以下步骤进行：一、称取硼酸铝晶须、Sn-58Bi粉末和松香型助焊剂，其中硼酸铝晶须与Sn-58Bi粉末的质量比为1∶50～1000，硼酸铝晶须和Sn-58Bi粉末的总质量与松香型焊剂的质量比为8～9∶1～2；二、将称取的硼酸铝晶须置于无水乙醇中磁力搅拌0.5～2h，然后过滤干燥，再与Sn-58Bi粉末、十二羟基硬脂酸和ZrO₂磨球共同放入球磨罐中，在氩气保护条件下以100～300r/min的转速间歇性球磨0.5～10h，得到复合钎料粉末；三、将复合钎料粉末与松香型助焊剂在焊膏搅拌机中搅拌0.5～3h，即得硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏；其中步骤二中硼酸铝晶须与Sn-58Bi粉末的总质量、十二羟基硬脂酸与ZrO₂磨球的质量比为1∶2∶10～20。

本发明所得硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏中，硼酸铝晶须均匀弥散，富Bi相组织明显细化，层片间距减小；硼酸铝晶须减缓了老化过程中界面处Cu-Sn的反应速率从而抑制IMC层(界面合金共化物)的增厚速度以及Cu₃Sn层的形成；硼酸铝晶须表面能高，在凝固过程中容易作为形核质点被液相依附在部分表面开始形核，固态钎料组织细化；且发现加入硼酸铝晶须后基板处Cu元素更易向钎料组织中扩散，与熔融钎料反应生成小块状Cu₆Sn₅金属间化合物弥散分布在钎料中，这也将成为液相钎料凝固时的形核质点，使固态钎料组织进一步细化提高钎料合金的力学性能。

本发明所得硼酸铝晶须增强低温无铅复合焊膏制得的合金抗拉强度为59.4～62.0MPa，0.2％屈服强度为51.9～55.2MPa，延伸率为33.1％～56.5％，BGA焊点剪切强度提高了14％～29.3％。

附图说明