一种无铅焊料及其制备方法与流程

本发明涉及焊料，尤其涉及一种无铅焊料及其制备方法。

背景技术：

1、sn-cu系无铅焊料因其原材料来源广泛，成本低，无毒副作用而被普遍使用。其中，广泛适用的sn-0.7cu无铅焊料常用于电子封装。但是随着电子封装逐渐向微小化发展，焊点的尺寸越来越小，钎焊反应过程中微焊点界面生成金属间化合物(简称imc)是实现钎料与凸点下金属层可靠冶金互连的关键。但是界面处imc具有脆性的本质，将会降低微焊点的力学性能和可靠性，因此需要对其厚度和形貌进行控制。sn-cu系无铅焊料的润湿性和抗氧化性能也仍需提升，且sn-cu系无铅焊料的高熔点也限制着焊料的使用范围。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种无铅焊料及其制备方法，本发明具有良好的润湿性和抗氧化性能，熔点较低，且焊点牢固可靠。

2、本发明提出了一种无铅焊料，其原料按重量百分比包括：cu 0.6-0.8％、改性纳米颗粒0.06-0.08％、zn 0.05-0.07％、ni 0.07-0.08％、bi 2.5-3％、ge0.02-0.025％、余量为sn。

3、优选地，其原料按重量百分比包括：cu 0.7％、改性纳米颗粒0.07％、zn0.06％、ni0.075％、bi 2.7％、ge 0.023％、余量为sn。

4、优选地，在改性纳米颗粒的制备过程中，将接枝有氨基的纳米二氧化钛与氧化石墨烯分散液混匀，室温搅拌18-24h，固液分离，得到改性纳米颗粒。

5、纳米材料容易发生团聚，在焊料中不易分散，进而影响焊料的焊接性能；本发明将纳米二氧化钛颗粒静电组装在石墨烯的表面，使得原本折叠团聚的石墨烯层舒展开，且二氧化钛纳米颗粒也能均匀分散在石墨烯表面，从而避免了纳米颗粒和石墨烯容易团聚的问题；在石墨烯的表面组装纳米二氧化钛可以提高石墨烯、纳米二氧化钛在其他金属原料中的分散性，从而能充分发挥纳米材料在焊料中的作用。

6、可以用含有氨基的硅烷偶联剂接枝改性纳米二氧化钛获得上述接枝有氨基的纳米二氧化钛，含有氨基的硅烷偶联剂可以为3-氨丙基三乙氧基硅烷等。

7、优选地，在改性纳米颗粒的制备过程中，接枝有氨基的纳米二氧化钛与氧化石墨烯的重量比为5-8:1。

8、优选地，在改性纳米颗粒的制备过程中，氧化石墨烯分散液的ph＝4.5-5.5。

9、优选地，在改性纳米颗粒的制备过程中，氧化石墨烯分散液的溶剂为乙醇和水的混合液。

10、优选地，焊接后进行超声处理。

11、优选地，超声功率为200-250w、超声频率为10000-15000hz，超声时间为20-25s。

12、焊接后对焊点进行超声处理，选用合适的超声参数，可以进一步细化焊点中imc的晶粒，并促使imc向焊缝中间生长延伸，使得组织晶粒由于超声作用而破碎分散在焊点中间，进而提高焊点的牢固性。

13、本发明还提出了上述无铅焊料的制备方法，包括如下步骤：在惰性气体保护下，先将sn、bi熔化，然后依次加入ni、cu、ge进行熔炼，然后降温至430-450℃加入zn熔炼，最后加入改性纳米颗粒混匀，然后静置15-20min，浇铸得到无铅焊料。

14、本发明所述无铅焊料可以加工成焊条、焊丝、焊片、焊球等形状。

15、有益效果：

16、1.本发明通过对纳米二氧化钛和石墨烯进行改性，大幅提高了纳米二氧化钛和石墨烯在焊料中分散性；

17、2.均匀分散的纳米二氧化钛可以吸附在imc(如cu6sn5)的沟槽处并与imc形成牢固连接，从而阻碍基板与焊料间的元素扩散，降低脆性imc形成的概率，从而提高焊点的牢固性；纳米二氧化钛还与适量的zn、ni相互配合进一步抑制脆性imc的生长，并且ni可与sn、zn反应吸附在sn、zn表面进一步改善sn-cu焊料、zn易氧化的问题；并添加适量的ge与ni相互配合，进一步改善sn-cu焊料和zn易氧化的问题；

18、3.本发明通过加入较多含量的bi，降低焊料的熔点，并且bi与均匀分散的石墨烯相互配合可以提高焊料的润湿性，而bi含量过高容易造成焊点变脆，石墨烯的加入可以提高焊点致密性和韧性，避免高bi含量带来的焊点变脆的问题；4.焊接后对焊点进行超声处理，进一步提高焊点的牢固性。

技术特征：

1.一种无铅焊料，其特征在于，其原料按重量百分比包括：cu0.6-0.8％、改性纳米颗粒0.06-0.08％、zn0.05-0.07％、ni0.07-0.08％、bi2.5-3％、ge0.02-0.025％、余量为sn。

2.根据权利要求1所述无铅焊料，其特征在于，在改性纳米颗粒的制备过程中，将接枝有氨基的纳米二氧化钛与氧化石墨烯分散液混匀，室温搅拌18-24h，固液分离，得到改性纳米颗粒。

3.根据权利要求2所述无铅焊料，其特征在于，在改性纳米颗粒的制备过程中，接枝有氨基的纳米二氧化钛与氧化石墨烯的重量比为5-8:1。

4.根据权利要求2或3所述无铅焊料，其特征在于，在改性纳米颗粒的制备过程中，氧化石墨烯分散液的ph＝4.5-5.5。

5.根据权利要求2-4任一项所述无铅焊料，其特征在于，在改性纳米颗粒的制备过程中，氧化石墨烯分散液的溶剂为乙醇和水的混合液。

6.根据权利要求1-5任一项所述无铅焊料，其特征在于，焊接后进行超声处理。

7.根据权利要求6所述无铅焊料，其特征在于，超声功率为200-250w、超声频率为10000-15000hz，超声时间为20-25s。

8.一种如权利要求1-7任一项所述无铅焊料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在惰性气体保护下，先将sn、bi熔化，然后依次加入ni、cu、ge进行熔炼，然后降温至430-450℃加入zn熔炼，最后加入改性纳米颗粒混匀，然后静置15-20min，浇铸得到无铅焊料。

技术总结
本发明公开了一种无铅焊料，其原料按重量百分比包括：Cu0.6‑0.8％、改性纳米颗粒0.06‑0.08％、Zn0.05‑0.07％、Ni0.07‑0.08％、Bi2.5‑3％、Ge0.02‑0.025％、余量为Sn。本发明还公开了上述无铅焊料的制备方法。本发明具有良好的润湿性和抗氧化性能，熔点较低，且焊点牢固可靠。

技术研发人员：金霞,王彩霞,张利民,顾小龙,经敬楠,钟海锋,冯斌
受保护的技术使用者：浙江亚通新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13