专利名称：包覆改性锡基或铟基无铅焊料合金粉末的方法
技术领域：
本发明属于合金表面组装技术领域的保护层制备，尤其是无铅焊料合金粉末的表 面改性方法。
背景技术：
Sn-Pb焊料因其成本低廉，导电、焊接、力学性能良好，铺展性、润湿性优异等特点， 是目前电子行业中最主要的封装材料。但是，铅及铅化合物属于剧毒物质，它不仅会对环境 造成严重污染，更对人体健康构成极大威胁。随着美、日及欧盟限制铅使用的法令出台，电 子产品无铅化已经迫在眉睫。传统的电子组装，就其成本、重量、体积和可靠性方面而言，已经达到了其极限，随 着电子产品更加“轻薄短小”，表面贴装技术在电子工业中正得到越来越广泛的应用。表面 贴装技术重视无铅化，同时也向窄间距、高密度、多功能、免清洗方向发展，这就对贴装工艺 和贴装材料提出了新的要求，尤其是组成焊膏的主要原材料焊锡合金粉末，要求其具有更 小的粒度，更好的球形度，更低的氧含量和更好的抗氧化性。
焊膏是由球形合金粉末(即焊粉)和助焊剂机械混合而成，通常合金粉约占焊膏质 量分数的90%，或焊膏体积分数的55%。焊膏中所使用的焊粉粒径小(通常为5-75μπι)，比 表面积和表面能较大，因而其活性大，极易氧化和团聚。焊粉在生产出来后，因为包装、运输 等原因，通常有一定的时间间隔才能配置成焊膏。在这个过程中，焊粉表面极易被氧化，粉 末颗粒间极易团聚。如果焊粉颗粒表面氧化程度过高，焊料间就不会形成合体，回流焊易形 成很小的焊料球，从而引起电路短路，甚至导致电路板作废。粉末颗粒团聚会使粉末分散性 和流动性变差，影响其使用性能。因此，微细焊粉抗氧化和防团聚是影响焊料可靠性和焊接 性能的关键。US4994326公开了通过将SnPb粉末浸没在氟化物FC-721的氟利昂改性溶液中，搅 拌，分离，得到包覆有氟化物的焊粉，此方法可以提高焊粉的抗氧化性能。然而，氟利昂对生 态环境具有破坏作用。SungilCho 等在 JournalofMaterials (2005, (6) 50-52)上报道 在150°C干态空气中，SnZnBi合金生成ZnO和SnO2, Zn的存在促使SnO2的形成，降低了其抗 氧化性。TIwasaki 等在 JournalofElectronicMaterials (2005，34(5) 647-654)上报道 采用十二羟基酸通过干态球磨的方法包覆Sn8Zn3Bi焊粉，包覆粉末存放后的润湿性能及焊 球实验表明其抗氧化性能良好。Fei-YiHuang等在JournalofAlloysandCompounds (2006， 415 85 - 92)上报道Sn-3. 5Ag-(2. OCu)焊料粉末表面氧化膜由SnO和SnO2组成，表面层 SnO2的浓度大于SnO的浓度，焊料内部SnO浓度逐步增加，整体氧化层厚度约为l m。夏 志东等在CN101486095A以氢化松香为包覆材料，以聚乙二醇为成膜剂，以乙醇为溶剂，对 焊粉进行液相包覆，所得包覆粉末抗氧化性好，可以保持焊粉原有形状。
发明内容
本发明旨在提供一种Sn基或In基无铅焊料合金粉末的表面改性方法，以提高无铅焊料合金粉末抗氧化性能，延长存储时间，提高焊料合金粉末的流动性和分散性。增进其 与助焊剂的相容性，提高焊膏的润湿性和稳定性，提高焊膏的回流焊接性能。本发明的详细技术方案为称取硬脂酸放于真空蒸镀罐底部，在真空蒸镀罐距离 底部2 6cm处设置基板，再称取微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末平铺于基板上，形成 均勻的薄层；蒸镀罐容积每升添加硬脂酸和微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末的总量为 5 10g，所述硬脂酸和微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末的质量比为3 1 1:1。真空 蒸镀罐密封后抽真空，使其真空度低于1. 6 X IO-2Pa,将真空蒸镀罐置于70 90°C的条件下 保温6 36h ；在保温一半时间时，将真空蒸镀罐随炉冷却到室温，打开翻动粉末一次，再密 封、重抽真空，升温至70 90°C，直至保温时间结束。随炉冷却到室温，即可得包覆致密的 改性Sn基或In基无铅焊料合金粉末。本发明的表面包覆改性方法同样适合于SnAgCu、SnInAg, InAg等各种Sn基或In 基无铅焊料合金粉末。经本发明方法改性后，由于在Sn基或In基无铅焊料合金粉末表面包覆了硬脂酸 单分子或多分子层，隔离了合金粉末与环境介质，提高了合金粉末的抗氧化性能、分散性和 流动性，从而延长了焊粉的保存时间。同时，由于改变了合金粉末表面亲水亲油平衡值，提 高了焊料合金粉末与有机助焊剂的相容性，提高了焊膏的稳定性。优化了焊膏使用性能，改 善了焊点的润湿性及力学性能。
图1是实施例1获得的包覆改性SnAgCu合金粉末的TEM图。
具体实施例方式实施例1:
称取4g硬脂酸，放于真空蒸镀罐底部；称取2g微细SnAgCu焊料合金粉末，放于IL容 积真空蒸镀罐内部所放置的基板上，平铺成均勻的薄层，基板与底部距离为4cm ；密封蒸镀 罐，并对真空蒸镀罐抽真空，使其真空度低于1.6Xl(T2Pa。将真空蒸镀罐置于恒温干燥箱 中，在70°C的条件下保温12h，在保温6h时，真空蒸镀罐经由随炉冷却到室温，打开真空蒸 镀罐，翻动粉末，将合金粉末翻动一次，再次平铺成均勻的薄层，密封、重抽真空。再把真空 蒸镀罐放置到恒温干燥箱中，升至70°C，至保温时间结束。随炉冷却到室温，取出试样，即可 得产物。所获产物的TEM图见附图1，图中可见改性SnAgCu焊料合金粉末包覆致密，厚度为 5 IOnm0采用转鼓中粉末最大稳定角的方法进行测试，结果未包覆和包覆合金粉末最大 稳定角分别为69. 1°、54.5°，相对于未包覆粉末，包覆粉末具有更好的流动性；在常温空 气环境中存储30天后，包覆粉末的氧含量增量为0. OlSwt. %，而未包覆粉末氧含量增量为 0. 067wt. %，因此，改性粉末的抗氧化性能明显优于未改性粉末。实施例2:
称取6g硬脂酸，放于真空蒸镀罐底部。称取3g微细SnInAg焊料合金粉末，放于IL容积真空蒸镀罐内部所放置的基板上，平铺成均勻的薄层，基板与底部距离为4cm。密封蒸镀罐， 并对真空蒸镀罐抽真空，使其真空度低于1.6Xl(T2Pa。将真空蒸镀罐置于恒温干燥箱 中，在80°C的条件下保温12h，在保温6h时，真空蒸镀罐经由随炉冷却到室温、打开、翻动粉 末、密封、重抽真空五个步骤，将合金粉末翻动一次，再次平铺成均勻的薄层，以保证包覆过 程的均勻性。再把真空蒸镀罐放置到恒温干燥箱中，升至80°C，至保温时间结束。随炉冷却 到室温，取出试样，即可得厚度为5 10nm、包覆致密的改性SnInAg焊料合金粉末。
在常温空气环境中存储30天后，包覆粉末的氧含量增量为0. 012wt. %，而未包覆 粉末氧含量增量为0. 058wt. %，因此可见，经本发明方法改性的SnInAg粉末的抗氧化性能 明显优于未改性粉末。
权利要求
一种包覆改性锡基或铟基无铅焊料合金粉末的方法，称取硬脂酸放于真空蒸镀罐底部，在真空蒸镀罐距离底部2～6cm处设置基板，再称取微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末平铺于基板上，形成均匀的薄层；蒸镀罐容积每升添加硬脂酸和微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末总量为5～10g，所述硬脂酸和微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末的质量比为31～11；真空蒸镀罐密封后抽真空，使其真空度低于1.6×10-2Pa，将真空蒸镀罐置于70～90℃的条件下保温6～36h；在保温一半时间时，将真空蒸镀罐随炉冷却到室温，打开翻动粉末一次，再密封、重抽真空，升温至70～90℃，直至保温时间结束，随炉冷却到室温，即可得包覆致密的改性Sn基或In基无铅焊料合金粉末。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硬脂酸和微细Sn基或In基无铅焊料 合金粉末的质量比为2:1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述真空蒸镀罐在70°C条件下保温12h。
4.如权利要求1 3之一所述的方法，其特征在于所述Sn基或In基无铅焊料合金 粉末为SnAgCu、SnInAg或InAg合金粉末。
全文摘要
本发明公开了一种包覆改性锡基或铟基无铅焊料合金粉末的方法，称取硬脂酸放于真空蒸镀罐底部，在真空蒸镀罐距离底部2～6cm处设置基板，再将微细Sn基或In基无铅焊料合金粉末平铺于基板上。真空蒸镀罐密封后抽真空，使其真空度低于1.6×10-2Pa，将真空蒸镀罐置于70～90℃的条件下保温6～36h；在保温一半时间时，将真空蒸镀罐随炉冷却打开翻动粉末一次，再密封、重抽真空，升温至70～90℃，直至保温时间结束。本发明方法使Sn基或In基无铅焊料合金粉末表面包覆了硬脂酸单分子或多分子层，从而提高了合金粉末的抗氧化性能、分散性和流动性，优化了焊膏使用性能，改善了焊点的润湿性及力学性能。
文档编号B22F1/02GK101818323SQ20101018055
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者刘文胜, 崔鹏, 彭芬, 马运柱 申请人:中南大学