[发明专利]Ni颗粒增强锡银基无铅复合钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子器件表面组装用钎料制造技术领域，具体涉及Ni颗粒增强锡银基无铅复合钎料及其制备方法。

背景技术

在电子电气元件表面组装过程中，广泛使用Sn-Pb钎料。由于其工艺成熟、成分简单、成本低廉，且具有良好的钎焊工艺性能、良好的力学及物理性能，因此Sn-Pb钎料在电子行业中得到了广泛的应用。

然而Pb是一种有毒有害物质。当废弃电子电器填埋处理时，焊料中的Pb遇酸雨或地下水，形成pb²⁺，溶于地下水，进入人们的供水链从而进入人体内，导致铅中毒。欧盟(EU)出于环保考虑，已通过了《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(RoHS)，明确宣布自2006年7月1日起电子电气产品必须去除铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯(PBB)、多溴二苯乙醚(PBDE)。我国也于2007年3月1日起开始施行《电子信息产品污染控制管理办法》，以五种模式推动电子信息产品有害物质的替代。故在电子行业中，无铅钎料的研究已经广泛开展，而且取得了一定的成果。

目前SnPb焊料的优选替代品主要有Sn-Cu、Sn-Ag、Su-Zn、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Cu-RE等焊料合金。但上述钎料相对于原有的Sn-Pb钎料还存在种种不足。主要表现在熔点高、润湿性差、力学性能不佳等。目前改进的途径有两种方法，一种为钎料的合金化，即通过添加合金元素来改善钎料的性能。此种方法的缺点是组元增多，钎料熔炼工艺及成本都难以得到有效的保证。而第二种方法为制备复合钎料。复合钎料是在目前广泛使用的共晶钎料中添加增强颗粒，以达到保持原有共晶钎料性能基本不变的前提下，改善其力学性能。此种方法工艺简单、成本低廉、易于实现。

目前，颗粒增强复合钎料的研究中添加的增强颗粒主要有Cu颗粒、Ag颗粒、Fe颗粒、有机颗粒等。作为掺杂的基体也比较单一。如专利CN1389326在Sn-Pb基钎料中添加稀土元素Ce，随后在其中添加TiO₂和/或Al₂O₃作为增强颗粒。此种钎料中稀土添加的作用有两个目的，一是稀土元素对于组织的细化晶粒的作用，另外弥散的稀土相还在钎料中起到了沉淀相强化的效果。但在其中添加的TiO₂和/或Al₂O₃颗粒则为机械混合的大颗粒，并不发生冶金反应，属于机械混合物。其作用为沉淀相群体的强化作用。由上述三种强化机制的作用，其抗拉强度为48Mpa。还有提高的余地。(对于均质材料其抗拉强度一般为剪切强度的0.6，按此关系可进行相应的转换。)又如专利CN1544198中将市售的钎剂按10％～16％的体积比与SnCu颗粒状钎料进行混合，Sn-Cu颗粒大小为20～46μm，再在其中加入粒径在0.5～5μm的Ag颗粒或者1～10μm的Cu颗粒作为增强相，进行混合10～20min后制得。此方法首先需要进行钎剂与主钎料颗粒的混合，再加入增强颗粒，在实际实验过程中发现，若在钎料中过多增加Cu元素，则在钎焊过程中容易提供更多的Cu元素扩散源，从而更有利于Cu₆Sn₅金属间化合物的生成。Cu₆Sn₅为钎料中的硬脆相，往往是开裂的裂纹源，Cu元素的补充越充足，其与钎料反应生成的金属间化合物层越厚，钎料在受力时更容易产生脆断的裂纹源，其剪切强度值也就越低；由于Cu基板的Cu元素扩散无法避免，则应尽量避免其他Cu元素的作用，如钎料内部中的Cu增强颗粒。专利CN1931509在Sn-9Zn中添加Cu粉作为增强颗粒。与钎剂混合后制得钎料。其中Cu粉的添加量最高为5％。添加如此大量的Cu对于钎料中Cu₆Sn₅的形成相当有利。如钎焊Cu基板的接头。则提供了从基板到钎料/基板界面、从钎料内部Cu颗粒到钎料/基板界面两条Cu元素的扩散途径，从而促进了界面层处金属间化合物的生长，降低了钎焊接头的韧性。

在以往的研究过程中，增强颗粒的添加起到强化作用的同时降低了钎料的其他性能，如润湿性能，抗热疲劳性能等，而且强化颗粒与钎料基体并不发生冶金结合，而最理想的增强效果为添加的增强颗粒即和基体发生冶金结合又不因反应产物影响钎料其他性能。

目前，对于特定钎料的钎焊工艺研究很少。通过钎焊工艺，可以进一步提高原钎料的强度；故针对本发明中的钎料，我们采取了特定的钎焊工艺，从而达到了更佳的剪切强度。

发明内容