[发明专利]热解法合成强结合镀铜石墨烯增强的高强Sn-Ag-Cu-RE系复合钎料及制备方法

说明书

本发明涉及热解法合成强结合镀铜石墨烯增强的高强Sn‑Ag‑Cu‑RE系复合钎料及制备方法，镀铜石墨烯添加量为0.01%~0.11%质量分数，通过石墨烯镀铜，改善石墨烯自发团聚，及与无铅钎料基体润湿差的问题，采用热解法合成镀铜石墨烯，Cu纳米粒子均匀分布在石墨烯表面，形成强结合，用于制备镀铜石墨烯增强的高强Sn‑Ag‑Cu‑RE系复合钎料，能够提升复合钎料性能。

技术领域

本发明涉及钎焊材料领域，具体涉及一种镀铜石墨烯增强的Sn-Ag-Cu-RE系复合钎料。

背景技术

钎料在电子封装组装中起电气和机械互连作用，对微连接焊点可靠性有重要影响。随着电子产品小型化、轻量化的趋势和人们环保意识的增强，我国独具特色的Sn-Ag-Cu-RE系无铅钎料成为最具前景的Sn-Pb系钎料替代品之一。但相对于原有Sn-Pb系钎料还存在种种不足，如与铜基板润湿性差、力学性能不佳等问题，亟待进一步提高其性能以适应苛刻服役环境微电子连接焊点可靠性的更高要求。

近年来，向包括无铅钎料在内的钎料中添加石墨烯作为强化相制备复合无铅钎料是提高无铅钎料性能的有效途径。石墨烯综合性能优异，如导热系数可达5300W/mK，远超钎料中导热系数最高为429W/mK的金属银；杨氏模量大于1000GPa，抗拉强度达到130GPa，是钢的100倍，是理想的强化相材料。但石墨烯表面缺少活性官能团，与基体钎料存在密度差，存在自发团聚、与Sn基体界面结合强度弱等问题，最终将影响Sn-Ag-Cu-RE系复合无铅钎料性能。

采用微合金化元素，如Ni、Ag等，对石墨烯进行表面金属化解决上述石墨烯自发团聚和石墨烯/基体结合弱等问题以充分发挥石墨烯的强化作用是广泛认可的有效方法，目前已有一些专利采用了这些方法，诸如申请号201710892272.0的专利公布了一种镀镍石墨烯增强锡基复合无铅钎料，申请号201510624582.5的专利公布了一种锡基银石墨烯无铅复合钎料的制备方法。

上述专利提到了镀银、镀镍石墨烯增强的复合钎料，金属镍、银可以有效实现石墨烯的表面金属化，但它们均属于贵金属元素，无疑将进一步提高复合钎料价格。Cu作为廉价元素，其纳米颗粒常被用来制备原位生成Cu₆Sn₅ IMC沉淀相增强Sn基无铅钎料，铜与镍相比，通常认为镍与石墨烯之间具有更强的结合强度，且铜用于钎料时的润湿性不及镍，因此，目前少有在石墨烯表面镀铜用以增强钎料性能的研究。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于通过石墨烯镀铜，改善石墨烯自发团聚，及与无铅钎料基体润湿差的问题，采用热解法合成镀铜石墨烯，制备镀铜石墨烯增强的高强Sn-Ag-Cu-RE系复合钎料，提升复合钎料性能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种热解法合成强结合镀铜石墨烯增强的高强Sn-Ag-Cu-RE系复合钎料，所述复合钎料由镀铜石墨烯和Sn-Ag-Cu-RE系钎料组成，所述镀铜石墨烯在复合钎料中的质量百分比为0.01%~0.11%。

优选地，所述复合钎料按质量百分比包括：0.01%~0.11%镀铜石墨烯、1.0%~3.5%Ag、0.4%~0.8%Cu、0.09%~0.11%RE，余量为Sn。

所述镀铜石墨烯采用石墨烯纳米片为原料，经球磨后与醋酸铜粉末混合，采用热解法制得。

所述镀铜石墨烯中的Cu纳米粒子均匀分布且与石墨烯纳米片形成有效的强化学吸附。

本发明还提供了一种热解法合成强结合镀铜石墨烯增强的高强Sn-Ag-Cu-RE系复合钎料的制备方法，包括：

（1）热解法制备镀铜石墨烯，获得镀铜石墨烯强化相；