[发明专利]一种BGA用纳米颗粒强化焊锡球制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种BGA用纳米颗粒强化的焊锡球制备方法，属于焊接材料技术领域，具体为电子封装材料。

背景技术

目前BGA封装采用的多为SAC305无铅焊锡球，在无铅焊料中有着相对最好的焊接性，但是其疲劳抗性差。目前的无铅共晶合金也需要提升自身性能以满足电子封装日益增加的要求，无铅焊料有两个发展趋势为业界关注，一是无铅焊料的多组元合金化，即以现有的Sn基或者Sn-Ag基等无铅焊料为基础,在其中添加多组元合金元素，以增加组元的方式来改善焊料的性能；另一个方向则是复合无铅焊料，主要是以Sn基或者Sn-Ag、Sn-Ag-Cu基等无铅焊料为基础，通过内生或者添加增强相的方式来制备复合无铅焊料。研制复合焊料的主要目的是通过增强相使得焊料内部保持一个稳定的显微组织及均匀变形，从而改进焊料的可靠性，改善和弥补基体合金性能上的某些不足，提高焊点的力学性能，特别是抗热力疲劳性能及抗蠕变性能，进而全面提升焊点的使用寿命。此外，这种强化的另一个重要特征是基本不会改变原基体焊料的熔点、润湿性等工艺特性，同时能够有效地扩大其工作温度范围，当强化粒子的尺寸小于1μm时还能够有效细化显微组织。

焊锡球是电子元器件封装连接的重要工业原材料，广泛应用于电子工业、制造业、汽车制造业、维修业等，存在于各种BGA结构之中，也为软钎焊钎料研究提供了参考。

随着纳米材料的兴起，其渐渐开始应用于复合钎料的制备中。本课题组对添加POSS颗粒的复合钎料可靠性已进行了研究，其能有效减缓电迁移速率，并且延长焊点热疲劳寿命，而碳纳米管作为一种新兴材料，优异的导电传热性、高弹性模量、良好的韧性，其复合钎料也有很大的研究价值。

目前传统无铅焊锡球的制备流程有线切熔融工艺、喷雾成型工艺和摆动成型工艺等，其成本高，设备耗资耗材量大，要求粉末或块状原料至少10Kg，只适用于大批次焊锡球的制备，而且加热温度较高，环境净化要求高，工艺流程复杂。目前还没有添加纳米颗粒BGA焊锡球的制备实例，对于小批次要求、各种直径焊锡球的制备还没有良好的解决方案。如何能够减少成本，方便研究各种成分，在小的原料总量下制备出可用的纳米颗粒强化BGA球，这些对于高校和研究所的研究具有很大便利。本发明就是着眼于传统BGA无铅焊锡球的制备问题，提供了一种适用于实验室的可以自己动手的新型材料(纳米颗粒强化)BGA焊锡球的制作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米颗粒强化无铅焊锡球制备方法。纳米颗粒的弥散分布能有效强化基体钎料，同时使得BGA焊锡球的服役寿命提高。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备方法，其主要步骤是：

(1)粉末冶金：将SAC305共晶粉末与纳米颗粒按照配比机械搅拌混合，采用每分钟不高于80转的速度球磨混合8-10个小时，使得纳米颗粒能够均匀分布在SAC305共晶粉末的母体焊料中，试验所选用的球磨介质为Al₂O₃陶瓷球，球料比为10：1；

(2)焊膏制备：将步骤(1)所得复合粉末与松香型助焊膏按照一定的比例混合，搅拌半个小时，使其混合均匀，放入冰箱储存，松香型助焊膏占复合粉末与松香型助焊膏总质量的11％-13％，优选12％。

(3)丝网印刷：取出步骤(2)焊膏，搅拌至少5分钟再使用，涂抹在丝网或印刷钢网上，用刮刀将焊膏透过丝网或印刷钢网的网孔而印在玻璃板上，进行顺时针和逆时针方向刮，保证均匀，然后拿掉丝网或印刷钢网；

(4)熔化做球：将步骤(3)印有一定体积焊膏的玻璃板，放进真空保热箱或加热板上，加热温度控制在基体SAC305粉末熔点以上10℃-20℃，初步设定为240℃，保温20s-30s，使部分助焊剂挥发，由于焊膏与玻璃板不润湿，在表面张力作用下熔化为球；

(5)成型刮取：待小球成型且助焊剂挥发完毕，将玻璃板取出，空冷；用镊子将小球从玻璃板上轻松刮落，盛取，放好；

(6)清洗：将小球放入丙酮中，超声清洗，去除氧化与表面污浊；

(7)烘干筛分：将清洗过的小球放入鼓风干燥箱中，在60℃下干燥；将完备的小球用筛子进行筛选，保证植球效果。

步骤(1)纳米颗粒优选POSS颗粒(多面体低聚倍半硅氧烷)或碳纳米管(CNTs)，进一步POSS颗粒在步骤(1)所得复合粉末中的质量百分含量为1％-3％，优选3％，余量为Sn3.0Ag0.5Cu；碳纳米管(CNTs)在步骤(1)所得复合粉末中的质量百分含量为0.05％-1％，优选0.05％，余量为Sn3.0Ag0.5Cu。