[发明专利]焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法

说明书

本发明公开了焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法，对Cu粉末、Sn粉末、Ni粉末物质的量比为2.5‑3.0:3.0‑3.5:1的原料进行烧结，所述烧结步骤主要作用温度为450℃‑550℃；将含有Sn粉末、Bi粉末和近非晶态增强材料粉末的原料置280‑320℃中熔化后冷却，得到复合焊料。本发明提出了一种简单、可靠、高品质的制备近非晶态多相金属间化合物(IMC)样品的方法，这种IMC微米颗粒可成为改善SnBi焊料力学性能的一种潜在的复合材料增强体。

技术领域

本发明涉及电子封装微互连技术领域，具体而言，涉及焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法。

背景技术

在电子封装和组装领域中，锡基焊料是一种重要的芯片级、封装级和板级组装级互连材料，锡基焊料形成微焊点后可实现两个金属表面间的电、信号和机械连接的功能。常见的SnAgCu系,SnAg系和SnCu系锡基焊料的熔点为222～245℃，而由于很多电子元器件对温度敏感，如发光二极管(LED)、柔性材料和太阳能板光伏焊带等，只有在低温下焊接才能保证其产品良率。因此，SnBi焊料以其相对较低的熔点(138℃)、良好的润湿性、低廉的价格和较高的抗拉强度，成为微电子制造行业低温焊接领域的重要焊料。但是，SnBi焊料的延展性较差，焊后呈脆性断裂模式。同时，由于Bi元素本身的脆性，使得SnBi焊料的抗蠕变性能较差，力学强度不足。这都阻碍了其在低温封装领域的进一步发展。

研究表明，采用微米或纳米颗粒增强的方法是提高SnBi焊料合金力学性能的有效途径。纳米Ag颗粒增强的SnBi复合焊料能表现出更好的力学性能，但对于剪切强度提升并不明显且增强相制备成本高昂。金属间化合物(IMC)Cu₆Sn₅作为锡基钎料焊接过程中常见的生成物，可以作为增强相添加到SnBi焊料中，能有效地改善复合焊料合金的硬度和弹性模量。但是目前使用还原沉淀方法制备Cu₆Sn₅纳米颗粒的制备流程较为复杂，原材料需求也多种多样。碳纳米管(CNTs)的添加可以细化Sn-Bi钎料微观组织，从而提高焊点的强度和力学性能，但是其在制备过程中不易控制，在形成晶格缺陷的同时容易导致碳纳米管的长度过短，失去原始碳纳米管具有的性能。

非晶合金具有优异的力学性能，是迄今为止最强的金属材料(屈服强度和断裂韧性最高)。近年来，虽然由金属间化合物(IMC)颗粒引起的无铅焊料增强已有研究，但对于非晶态或近非晶态IMCs合金颗粒，其对SnBi焊料的影响尚未被研究。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供焊料用增强材料的加工方法、复合焊料及其加工方法。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种焊料用增强材料的加工方法，对Cu粉末、Sn粉末、Ni粉末物质的量比为2.5-3.0:3.0-3.5:1的原料进行烧结，所述烧结步骤主要作用温度为450℃-550℃。

在可选的实施方式中，所述烧结步骤包括：于15-25min内将烧结温度由15-25℃升温至450℃-550℃，保温20-40min；随后于100-130min内将处理温度降至20-25℃；

优选地，所述烧结步骤真空度在1×10^-2以下；

优选地，所述烧结步骤对物料施加45-55Mpa的压力。

在可选的实施方式中，所述烧结后依次进行熔炼和急冷凝固；

优选地，所述熔炼步骤温度为950-1050℃；

优选地，所述熔炼步骤真空度在1×10^-2以下；

优选地，所述极冷凝固是在30-60s内将熔融物料温度降至20-30℃。