[发明专利]一种电子封装用高强度无铅复合钎料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子封装用高强度无铅复合钎料及其制备方法。

背景技术

锡铅钎料在电子行业中广泛运用，但铅及铅的化合物已经被环境保护机构列为对人体和环境危害最大的化学物质之一。因此各国相继出台法案禁止含铅钎料在封装领域的使用。为替代锡铅钎料，已经有众多无铅钎料被研制出来，其中以Sn-Ag-Cu系合金运用最为广泛。

无铅钎料焊点是电子器件中关键的部分，其作用为互连器件提供机械支持、电与热传递通道。同时，随着微机电系统的快速发展，电子器件的封装工艺中需要制造越来越小、越来越密集的无铅钎料焊点。球栅阵列(Ball Grid Array)封装技术，因其高密度I/O接头互连，在电子封装领域中广泛使用，但是这种封装形式也带来相应的问题，即在服役环境相同的情况下，电子封装用钎料球需要承受更大的应力。另外，由于可穿戴电子产品的迅猛发展，使其在整个服役过程中都会承受振动等一些较大应力，因此急需发明一种高强度无铅复合钎料以满足现有电子产品的服役要求。以前曾有研究者希望通过石墨烯镀金属，降低石墨烯和Sn-Ag系钎料基体间较大的密度差，从而解决复合钎料在制备和使用过程中石墨烯上浮和团聚的问题，但是其问题在于：首先石墨烯很难镀金属，只能用氧化石墨烯，这大大降低了石墨烯的增强作用，其次，实验表明：复合钎料二次重熔后，镀层金属与氧化石墨烯脱落，减弱或者起不到均匀分散的作用。

发明内容

本发明是要解决现有电子产品中无铅钎料焊点在服役过程中需要承受高强度的问题，而提供一种电子封装用高强度无铅复合钎料及其制备方法。

一种电子封装用高强度无铅复合钎料由石墨烯和无铅钎料组成；所述电子封装用高强度无铅复合钎料中石墨烯的质量分数为0.02％～0.1％。

一种电子封装用高强度无铅复合钎料的制备方法是按以下步骤完成的：

一、将石墨烯和无铅钎料加入到酒精中，然后超声处理5min～10min，得到混合溶液；所述无铅钎料为粉末状；所述无铅钎料的质量与酒精的体积比为1g:(0.5～1)mL；

二、将步骤一得到的混合溶液采用周期球磨的方式球磨20个周期，得到球磨浆料；所述周期球磨中每个周期内球磨10min，停止10min，球磨速度为150r/min；

三、将步骤二得到的球磨浆料在温度为40℃的真空干燥箱中干燥24h～36h，即得到混合粉料；

四、将步骤三得到的混合粉料在内径为15mm的模具内挤压成型，得到高强度无铅复合钎料预制块，将高强度无铅复合钎料预制块随模具在温度为180℃的真空炉内中进行烧结，烧结时间为3h，烧结后用30MPa的力对高强度无铅复合钎料预制块持续作用10min，随后脱模得到电子封装用高强度无铅复合钎料；所述挤压成型的压力为30Mpa；所述电子封装用高强度无铅复合钎料中石墨烯的质量分数为0.02％～0.1％。

本发明优点：

1、本发明在传统无铅钎料中添加石墨烯，利用石墨烯出色的力学性能，提高了传统无铅焊料的强度。

2、本发明运用超声和酒精辅助将石墨烯分散于无铅钎料粉之间，同时运用球磨工艺混合石墨烯和无铅钎料，解决了石墨烯团聚的问题，同时使得石墨烯在无铅钎料粉中分散更加均匀。

3、本发明采用交替、高速球磨工艺，同时在球磨罐中添加酒精。高速转动有助于无铅钎料粉发生必要变形，且有助于石墨烯和无铅钎料粉机械混合。采用交替球磨工艺以及添加酒精有助于及时导出球磨罐中积累热量，避免球磨罐中热量积累导致低熔点无铅钎料的团聚甚至熔化。

4、本发明采用中温烧结的方法制备高强度无铅复合钎料，保持了石墨烯原有结构，提高了石墨烯增强无铅钎料的作用。

5、本发明在高强度无铅复合钎料脱模前运用较大应力长时间作用，使制备高强度无铅复合钎料组织致密，气孔等缺陷少。

附图说明

图1为实施例一步骤一中所述Sn-Ag-Cu钎料的接触角SEM图；

图2为实施例一得到的电子封装用高强度无铅复合钎料的接触角SEM图；

图3为采用实施例一步骤一中所述Sn-Ag-Cu钎料进行钎焊后的组织SEM图；

图4为采用实施例一得到的电子封装用高强度无铅复合钎料进行钎焊后的组织SEM图；

图5为采用实施例一得到的电子封装用高强度无铅复合钎料制得的电子封装用600um钎料球的SEM图；