[发明专利]石墨烯增强无铅焊料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于焊接材料的，特别涉及一种石墨烯增强无铅焊料及其制备方法。

背景技术

传统锡-铅焊料具有良好的焊接性能，长期以来在电子工业中被广泛使用，但是铅会对人体健康及自然环境造成潜在危害。随着电子工业的发展，超大规模集成电路中焊点越来越小，而且做成受到的力学、点穴、和热学负载越来越重，对焊料的要求越来越高。传统的锡-铅合金的抗蠕变性能差，不能满足现在电子工业的要求。因此，无铅焊料的开发和应用，担负着保护环境和提高电子产品质量的双重任务。

现有技术的无铅焊料中比较典型的有锡-铜、锡-银-铜、锡-锌等系列合金。但是，到目前为止仍然没有研制出一种能够完全代替传统锡-铅焊料的无铅焊料。增强焊料性能的可行性方法是在常规焊料里引入第二相，使其成为复合焊料。石墨烯具有良好的力学、电学和热学性质，可以成为传统焊料优良的增强相。理论计算表明，力学性能明显优于其他晶须材料，具有很高的刚度。石墨烯的低密度和良好的结构稳定性，使其在复合焊料领域具有诱人的应用前景。

发明内容

本发明的目的是，提供一种石墨烯增强无铅焊料以替代传统的锡-铅焊料，克服传统锡-铅焊料中铅元素带来的环境健康问题，且作为超大规模集成电路的连接材料，具有比现有技术的无铅焊料更高、更可靠的力学性能，是一种符合现代电子工业发展趋势的复合材料。

本发明利用粉末冶金的方法，通过如下技术方案予以实现。

一种石墨烯增强无铅焊料，其原料组成及其重量份数为，石墨烯∶无铅焊料基体＝0.75～1.75∶50000。所述的无铅焊料基体为锡-银-铜系合金。

所述的无铅焊料基体也可以是以下合金中的任意一种：锡-铟-银，铟-银，锡-铋-银，锡-铜，锡-银-铜-铋，锡-铋-银-铟，锡-锌，锡-锌-铋，锡-金。

石墨烯增强无铅焊料的制备方法，具有如下步骤：

(1)将石墨烯按0.75～1.75mg/ml的比例置于无水乙醇中，将其混合溶液放于超声槽中超声震动30min，然后再将混合溶液加入球磨机内，球磨1个小时，烘干，得到微观分散性好且宏观致密的石墨烯；

(2)将步骤(1)得的石墨烯加入50000mg锡银铜系合金的无铅焊料基体，放入搅拌器中，混合搅拌12个小时，使石墨烯均匀的分布在无铅钎料基体中；

(3)将步骤(2)中混合搅拌后的粉末放入模具中，室温下，用180MP的压力将粉末单轴压实成直径为35mm的圆柱体；

(4)在高纯氩气的保护气氛下，将步骤(3)的坯体在175℃烧结，保温2个小时，烧结炉从室温上升到175℃的时间为10min，烧结后的坯体于空气中自然冷却。

(5)将步骤(4)烧结后的圆柱体放入带孔的圆柱形模具中挤压成直径为6mm的棒材，制备成石墨烯增强无铅焊料。

所述步骤(1)的石墨烯为单层石墨烯粉，其制备方法为物理法。

所述步骤(2)的搅拌器为V型搅拌器，搅拌器的转速为以每分钟50转。

本发明的有益效果是：(1)利用石墨烯优异的力学、电学和热学性能，使其作为无铅焊料的增强相，达到绿色环保、焊接可靠的要求，替代了传统的锡-铅焊料，提高了现有技术的无铅焊料的性能；(2)利用粉末冶金的工艺方法，不破坏石墨烯原有结构，提高了石墨烯在基体焊料中的分散性。

附图说明

图1是现有技术Sn-Ag-Cu无铅焊料与实施例1抗拉强度值的对比示意图；

图2是现有技术Sn-Ag-Cu无铅焊料与实施例1屈服强度值的对比示意图；

图3是现有技术Sn-Ag-Cu无铅焊料与实施例2抗拉强度值的对比示意图；

图4是现有技术Sn-Ag-Cu无铅焊料与实施例2屈服强度值的对比示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将15mg的石墨烯置于20ml无水乙醇里，将混合溶液放于超声槽中超声震动30min，再将混合溶液加入球磨机内，球磨1小时，取出烘干，得到微观分散性好且宏观致密的石墨烯。

称取50000mg的Sn-Ag-Cu无铅焊料基体粉末与球磨好的石墨烯一起加入V型搅拌器中，以每分钟50转的速度混合搅拌12小时，使石墨烯均匀的分布在无铅焊料基体中。

将混合粉末放入模具中，室温下，用180MP的压力单轴压实成直径为35mm的圆柱体。