[发明专利]一种复合无铅锡膏的制备方法

说明书

本发明提供一种复合无铅锡膏的制备方法。该方法使用锡粉、Cu粉、碳纳米管通过超声振动的方式混合并与助焊膏混合而成。该锡膏在回流过程中，锡粉与基板反应的同时也与锡膏中的Cu粉发生反应，在焊点凝固过程中，Cu₆Sn₅在碳纳米管的细化作用下，弥散分布在焊点中。以该锡膏制备的焊点，具有IMC层厚度小、剪切强度高的特点。

技术领域

本发明涉及一种复合无铅锡膏的制备方法，用于在苛刻服役环境工作的电子器件封装技术领域。

背景技术

无铅化以来，Sn-Ag-Cu、Sn-Cu合金成为锡膏的主要合金。为了降低生产成本，学术界和工业界一直努力降低Sn-Ag-Cu合金中的Ag含量。目前，Sn-0.3Ag-0.7Cu、Sn-0.5Ag-0.7Cu、Sn-1.0Ag-0.5Cu和Sn-0.7Cu已成为工业界的主流低银钎料。与Sn-3.0Ag-0.5Cu合金相比，低银钎料的强度和可靠性有明显下降，其原因在于随着Ag含量的降低，Ag₃Sn的弥散强化效果降低，其对位错运动的阻碍作用也大幅度降低。

例如CN104416296A公开了一种增强焊料互联焊点抗电迁移性能的方法，在进行焊接时使用添加具有金属镍镀层的碳纳米管的无铅焊膏。所述无铅锡膏为96.5wt.％Sn和3.5wt.％Ag或者96.5wt.％Sn、3.0wt.％Ag和0.5wt.％Cu，向无铅焊膏中按无铅焊膏质量分数为0.1％～1％的镀镍碳纳米管并搅拌均匀，得到混合焊膏。焊点的强度和可靠性略有不足。

CN106363315A公开了一种镀锡碳纳米材料增强复合焊料合金及其焊膏，所述镀锡碳纳米材料增强复合焊料合金包含的组分及其重量份数为：锡基焊料84-95份，碳纳米材料0.01-0.2份；所述镀锡碳纳米材料增强复合焊膏还包括助焊剂5-15份。焊点的强度和可靠性略有不足。

本发明中，焊点强化作用来自于锡膏中的Cu颗粒在封装过程中与Sn反应，生成Cu₆Sn₅，凝固过程中，Cu₆Sn₅最先析出。由于碳纳米管的异质形核作用，Cu₆Sn₅呈现弥散分布状态，通过弥散强化作用强化焊点。与其它方法相比，该方法成本低廉、利用碳纳米管细化了金属间化合物进而强化了焊点。

发明内容

针对此问题，本发明提出一种复合无铅锡膏的制备方法，该方法在控制成本的同时，增加焊点中第二相的数量并以此提高焊点的强度和可靠性。

第二相强化一直以来都是合金常用的一种强化方式。对于Sn-Ag-Cu和Sn-Cu合金而言，Ag和Cu元素分别在合金中形成Ag₃Sn和Cu₆Sn₅，起到钉扎位错和晶界运动的作用。然而，Ag元素价格太高，低银锡膏已经成为主流。Cu元素价格虽然较低，但合金中Cu元素含量较高时，其润湿性能明显下降，导致回流过程中出现虚焊等缺陷，影响成品良率。因此Cu含量一般控制在0.7％以下，使用收到明显限制。本发明提出一种新的锡膏制备方法，通过在回流过程中增加钎料合金中的Cu含量的方法，并利用碳纳米管对Cu₆Sn₅的细化作用，实现制备高强度焊点的目的，同时该方法对锡膏的润湿性能影响非常小且成本低廉。

本发明通过以下技术方案实现：

一种复合无铅锡膏的制备方法，包括：(1)锡膏由助焊膏、锡粉、Cu粉和碳纳米管组成；其中，Cu粉与碳纳米管的质量比为100：(2～8)，Cu粉与锡粉的质量比为100：(0.5～9)，助焊膏在焊膏中占比为20％。

作为本发明的一种优选方案，助焊膏为典型松香基助焊膏，其主要成分为；45％氢化松香、45％丙二醇甲醚、2％二苯胍HBr、5％改性氢化蓖麻油、1％丙二酸、2％二溴丁烯二醇。