[发明专利]一种含有MAX相的SnBi系无铅钎料的制备方法

说明书

本发明公开一种含有MAX相的SnBi系无铅钎料的制备方法，属于无铅钎料低温焊接材料技术领域。此外，钎料合金中不含Pb元素，是一种环保钎料，适用于低温软钎焊领域。其中Ti₃AlC₂质量百分比为0‑1.0%，其余成分为质量百分比为99‑100%的SnBi二元共晶合金。本发明还公开了该无铅钎料的制备方法。本发明的钎料合金为共晶组织，熔点低，微观组织均匀，具有良好的润湿性。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种含有MAX相钛碳化铝（Ti₃AlC₂）的SnBi系低温无铅钎料的制备方法，所述无铅钎料适用于微纳连接与电子封装等领域，实现材料之间机械连接、电气导通以及信号传递等核心作用。

背景技术

钎料又称焊料，是焊接时为了实现两种材料或零件的结合，在其间隙内或间隙旁所加的填充物。在我们生活中，小到一副蓝牙耳机，大到客用飞机，其中的精密电子电气设备均需要依赖钎料的连接实现其功能。因此，信息化社会的发展除了靠网络实现互联，也需要靠钎料实现互连。

SnBi系钎料与传统的SnPb系钎料相比，无毒，且熔点较低（139℃），扩散性能优异，可以广泛应用于低温软钎焊领域。然而，由于钎料中Bi原子较多，容易聚集形成具有脆性的富Bi相。这种富Bi相的大规模生长可能导致钎料焊点力学性能的降低，进而限制了SnBi系无铅钎料的大规模使用。因此，为了提高Sn58Bi无铅钎料的力学性能，扩大钎料的使用范围，可尝试采用合金化、颗粒强化以及纳米化等方法制备出具有优异性能的复合型钎料。常见增强相的掺杂类型包括反应型、非反应型以及复合型3种。其中，反应型的增强相留存率较高，却易与钎料基体发生反应，使晶粒粗化，具有代表性的有金属单质（Ag、Cu、Ni、Cr、Mn等）、金属间化合物（Cu₆Sn₅等）等；非反应型的增强相虽不与钎料基体发生反应，但留存率较低，具有代表性的有氧化物（Al₂O₃、TiO₂、Fe₂O₃、ZnO等）、碳化物（TiC、SiC等）、碳纳米材料（MWCNTs、GNSs等）和非金属单质（金刚石、Si等）等；复合型的增强相则留存率高、分散性好，但制备困难、成本偏高，具有代表性的有金属与非金属的复合物（包括镀镍CNTs、镀银GNs、银饰CNTs等）等。

本发明通过向Sn58Bi二元共晶钎料合金中掺入非反应型增强相Ti₃AlC₂，来尝试改善电子产品中无铅钎料焊点在复杂服役环境下存在的部分问题。其一，通过细化复合钎料合金的晶粒提升Sn58Bi钎料合金的强度、塑性和韧性；其二，掺杂相的加入不会明显改变Sn58Bi钎料合金的熔点，复合钎料仍适用于低温焊接领域；其三，改善Sn58Bi钎料合金的润湿性能；其四，复合钎料的成功制备也解决了非反应型钎料增强相掺杂难、留存率低的问题。通过对Sn58Bi-xTi₃AlC₂复合钎料的制备及其力学性能的研究，可为电子产品可靠性的进一步提升奠定一定理论基础。