[发明专利]一种二氧化锡纳米颗粒增强无铅复合膏及由其形成的焊点

说明书

本案涉及一种二氧化锡纳米颗粒增强无铅复合膏及由其形成的焊点，是由锡银铜无铅焊膏混合二氧化锡纳米颗粒制成，其中所述锡银铜无铅焊膏中锡、银、铜的质量百分比为96.5:3.0:0.5，二氧化锡纳米颗粒的添加量为0.3～1.2wt％。本发明中通过添加适量的二氧化锡纳米颗粒可以细化锡银铜无铅钎料的显微组织，减小钎料中β‑Sn晶粒的尺寸，抑制回流焊和‑196℃～+150℃热冲击过程中界面IMC的生长，使剪切强度相较于锡银铜无铅焊点分别提高了15％和20％，说明了在锡银铜无铅焊膏中添加适量的二氧化锡纳米颗粒，可以提高焊点在极端温度环境下的可靠性。

技术领域

本发明涉及无铅钎料技术领域，具体涉及一种可以提高焊点极端温度可靠性的二氧化锡纳米颗粒增强无铅复合膏及由其形成的焊点。

背景技术

由于性能良好、价格低廉，锡铅钎料一直是电子工业应用中的主流钎料。但是铅及其化合物对生态环境和人类健康都存在巨大的危害。我国在2006年颁布的《电子信息产品污染控制管理办法》明确指出，禁止在电子信息产品中使用铅、汞等有害物质。用无铅钎料取代锡铅钎料已成为电子封装钎料发展的必然趋势，各国也都投入了大量资金开发绿色环保无铅钎料，以求在激烈的竞争中抢占先机。在众多体系的无铅钎料之中，SnAgCu系无铅钎料以其优良的综合性能，被认为是最有可能取代传统锡铅钎料的无铅钎料，而且已经被广泛的应用于制造行业之中。但相较于锡铅共晶钎料，SnAgCu无铅钎料扔存在许多不可忽视的问题，如钎料中易形成较大的脆性金属间化合物(Ag₃Sn和Cu₆Sn₅)，降低了钎料的力学性能；焊接或高温服役过程中，界面金属间化合物的过度生长将造成焊点的力学性能下降，甚至导致焊点失效。为了改善SnAgCu无铅钎料的性能，提高其服役可靠性，通常采用两种方法：(1)钎料的微合金化，主要在无铅钎料中添加微量的合金元素，进而提高钎料的某一性能或者综合性能；(2)制备复合钎料，在钎料中添加微米尺度或者纳米尺度的颗粒，通过颗粒强化来改善钎料的性能。

航天器电子产品在深空探测过程中会经历包含高温、极低温和高低温交替变化的极端温度环境，如月球表面的日间温度最高约为+150℃，夜间温度低至-180℃，昼夜交替期间，月表温度会发生剧烈变化。互连焊点在电子封装系统中起着机械支撑和电气连接的作用，焊点的可靠性对于电子产品的正常运行至关重要。深空探测中的极端温度环境给互连焊点的可靠性带来了巨大挑战。研究表明，在极端温度环境下，界面金属间化合物(IMC)的快速生长是造成无铅焊点失效的重要原因之一。目前已开发的无铅复合钎料均未进行极端温度条件下的可靠性评估，即没有得出是否能提高互连焊点极端温度可靠性的结论。因此，开发一种能提高互连焊点极端温度可靠性的无铅复合钎料很有必要。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种能提高互连焊点极端温度可靠性的无铅复合钎料，其通过添加一定量的二氧化锡纳米颗粒完成。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种二氧化锡纳米颗粒增强无铅复合膏，是由锡银铜无铅焊膏混合二氧化锡纳米颗粒制成，其中所述锡银铜无铅焊膏中锡、银、铜的质量百分比为96.5:3.0:0.5，二氧化锡纳米颗粒的添加量为0.3～1.2wt％。

进一步地，所述二氧化锡纳米颗粒的直径在30～50nm。

进一步地，本发明提供如上所述的二氧化锡纳米颗粒增强无铅复合膏形成的焊点，将二氧化锡纳米颗粒加入到锡银铜无铅焊膏中机械搅拌均匀，之后丝网印刷在基板焊盘上，焊盘直径250μm，回流焊90s后制得焊点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、二氧化锡纳米颗粒的添加可以细化锡银铜无铅钎料的显微组织，减小钎料中β-Sn晶粒的尺寸，抑制回流焊和-196℃～+150℃热冲击过程中界面IMC的生长；

2、回流焊90s后，添加0.8％质量分数二氧化锡纳米颗粒的复合钎料焊点的剪切强度相较于锡银铜无铅焊点提高了15％；