[发明专利]微米/纳米颗粒增强型复合焊料及其制备方法

说明书

用于低温钎焊的微米/纳米颗粒增强型复合焊料及其制备方法，属于无铅低温钎焊焊料制造领域。微米/纳米级Cu、Ag、Sb颗粒与熔融锡金属弥散混合雾化而成的微米/纳米颗粒增强型锡基合金焊粉，再与SnBi系低熔点合金焊粉和常规助焊剂调配制成的微米/纳米颗粒增强型复合焊料，在200℃以下的低温焊接时，熔融的微米/纳米颗粒增强型锡基合金内的锡原子优先于SnBi系低熔点合金在焊盘上形成金属间化合物，且微米/纳米颗粒弥散在焊点中形成“隔板效应”，阻断了SnBi系中的原子析出与焊盘结合，从而抑制了富集Bi层生长，解决了无铅低温钎焊中焊点脆、不可靠的问题，非常适用于细间距微焊点的低温无铅焊接。

【技术领域】

本发明涉及用于低温钎焊的焊料，特别是涉及以材料组份和性质为特点的无铅锡基低温钎焊焊料及其制备方法，尤其涉及用于焊接温度为200℃或低于200℃以内的无铅锡基低温钎焊焊料。

【背景技术】

现代社会电子技术的高速发展，对电子产品的环保和能耗要求更高，电子产品的无铅化、轻薄高功能化已经形成一种趋势。新型轻薄微小的芯片通常不能耐受焊接的高温，尤其是BGA元件焊接时因高温引起的焊点缺陷问题也是越来越突出，因此低温焊接成为一种趋势；现有技术中的无铅钎焊常用焊料主要有SnAgCu系(特别是SAC305)焊料，但是SnAgCu系焊料熔点偏高(217℃～230℃)，回流焊接温度达到240℃以上，不适用于低温焊接。

现有技术用于低温焊接(焊接温度等于或低于200℃)领域的无铅低温钎焊材料主要包括有SnBi系合金、SnZn系合金和SnIn系合金等体系焊料。SnIn系合金焊料存在的问题是，由于铟In元素的稀缺性，使得该合金焊料价格昂贵；SnZn系合金焊料中的锌Zn又存在易氧化问题；这些不足之处都限制了SnZn系合金和SnIn系合金体系焊料在低温焊接中的应用。SnBi系合金焊料中，应用较多的是采用SnBi58共晶合金的钎焊材料，该类焊料存在的问题是Sn与Cu基板发生结合反应，而Bi不与Cu反应，共晶组织中的Sn向Cu基板不断扩散，导致了焊点区域Sn的相对量减少，而Bi的相对量增多，形成富Bi层。焊点富Bi层成为了整个焊点中最薄弱的区域，严重影响了焊点可靠性。

为了解决或减少SnBi系合金钎焊焊料焊接后形成的焊点富Bi层，现有技术多数采用微合金化的方法进行改善，即在SnBi合金中添加微量的Ni、Cu、Ag、Zn、Sb及稀土元素等金属，在焊料中与金属Sn可形成“隔板效应”的金属间化合物，细化晶粒，减缓富Bi层的形成，由于这种SnBi微合金化后的结晶中仍存在枝状SnBi共晶体，所以微合金化SnBi钎焊焊料只能提高局部焊接性能，不能大幅提高其综合性能，且随着时效的进展，SnBi共晶组织中的Sn仍然会不断向铜基板扩散而导致SnBi共晶组织中Sn含量减少，无法避免富Bi层的生长，对焊点可靠性改善有限。当今微电子技术的发展迫切需要提供一种价格不贵、抗氧化性能好、又不会产生富Bi层的低温无铅钎焊焊料。

相关名词解释：

1.低温钎焊或低温焊接是指施焊温度在200℃或低于200℃的电子元器件的焊接；

2.SnBi系低熔点合金焊粉中，低熔点是指该合金焊粉的熔点在100℃～180℃之间；

3.微米/纳米颗粒增强型锡基合金焊粉的熔点在200～300℃之间；

4.SEM图中，SEM的英文全称为scanning electron microscope,中文名称为扫描电子显微镜；

5.本发明申请文件中，采用T3～T8这样的符号表示颗粒的直径范围；T3表示的颗粒直径范围是：25～45μm，T4表示的颗粒直径范围是：20～38μm，T5表示的颗粒直径范围是：15～25μμm，T6表示的颗粒直径范围是：5～15μm，T7表示的颗粒直径范围是：2～11μm，T8表示的颗粒直径范围是：2～8μm；

6.本发明专利申请文件中使用“合金”一词的用意是，一种金属与另一种或几种金属或非金属经过混合熔化，冷却凝固后得到的、具有金属性质的固体产物；