[发明专利]一种适用于纳米复合焊料的真空焊接方法

说明书

本发明公开一种适用于纳米复合焊料的真空焊接方法，该焊接方法包含：在助焊剂中的溶剂开始挥发阶段进行第一阶段抽真空，从焊膏中排出挥发的溶剂；在合金粉末熔化阶段进行第二阶段抽真空，进一步排出熔融焊料中的气体和助焊剂。本发明针对纳米复合焊料中纳米颗粒轻小易流失问题，采用了两阶段抽真空焊接方法，可防止熔融焊料在抽真空过程中飞溅，从而减少纳米颗粒的流失，同时本发明提供的真空环境可促进焊接过程中助焊剂的排出，减小焊点孔隙率。

技术领域

本发明涉及一种焊接技术，具体涉及一种适用于纳米复合焊料的真空焊接方法。

背景技术

焊料在电子产品中担负着传输信号、散热以及机械支撑的作用。一个产品中可以存在数以万计的焊点。一个焊点的失效便会对整个产品产生灾难性的后果。随着电子产品小型化、轻量化、密集化发展趋势，芯片封装及表面贴装中焊点的尺寸必将减小。据国际半导体技术蓝图组织预测，电子产品内部的焊点尺寸在未来十年中会下降至100μm以下。而韩国三星公司的研究表明，当焊点尺寸小于170μm时，焊点的可靠性会明显降低。因此，当前焊料的可靠性需进一步强化。

目前，一种有效提高焊料可靠性的方法是在传统焊料中加入纳米颗粒（平均粒径<100nm）。通过纳米颗粒在焊料内部的弥散强化和微结构细化效果实现对焊料可靠性的提升。国内外大量研究显示，目前常用的Sn-Pb, Sn-Ag-Cu, Sn-Bi，Sn-In等焊料产品均可通过加入纳米颗粒获得强化。然而，作为一种新型的材料，纳米复合焊料在实际应用中还面临着一些瓶颈，其中首要问题便是纳米复合焊料的焊点孔隙率较高，尤其是当纳米复合焊料以焊膏的形式存在时。焊膏是微电子封装中应用最为广泛的焊料产品形式。焊膏中包含的主要成分为合金粉末以及助焊剂。助焊剂在焊膏中的主要作用包括去除合金粉末表面氧化层、清除焊料内部杂质和调节焊膏流动性。助焊剂会在焊接过程中被排出焊点。如果助焊剂排出不畅，则会在焊点内部形成孔洞。

目前，纳米复合焊膏的焊点孔隙率通常比普通焊膏高。由于纳米颗粒极高的表面能，少量的纳米颗粒就可使普通焊膏的粘度提高20%以上。粘度的提高不利于焊接过程中助焊剂的排出。增加助焊剂中的稀释剂含量可降低焊膏粘度。但稀释剂挥发量的增加，有时反而会使孔隙率提升。因此，增加稀释剂含量的方法并不适用。

在传统焊接方法中，真空焊接方法可以有效减少焊点中的孔隙率。焊接过程中的真空阶段可促使熔融焊料中的气泡快速排出。但研究表明，目前的真空焊接方法无法直接用于纳米复合焊膏的焊接。通常的真空焊接方法只包含一个抽真空阶段，该阶段始于合金粉末即将熔化之前。当合金熔化后，熔融焊料内部的助焊剂以及残留气体会由于真空环境的产生快速剧烈的从熔融焊料中涌出。由于纳米颗粒的尺寸小，重量轻，且与焊料基材存在属性差异，剧烈的抽真空过程不仅会使大量的纳米颗粒随助焊剂大量流失（流失率大于80%），降低纳米颗粒强化效果，流失的纳米颗粒还会污染周边的焊盘和电路。因此，需要针对纳米复合焊膏的特点开发新的真空焊接方法。

发明内容

本发明提供一种适用于纳米复合焊料的真空焊接方法，促进焊接过程中助焊剂的排出，减小焊点孔隙率，防止熔融焊料在抽真空过程中飞溅，从而减少纳米颗粒的流失。

为实现上述目的，本发明公开了一种适用于纳米复合焊料的真空焊接方法，其特点是，该焊接方法包含：

在助焊剂中的溶剂开始挥发阶段进行第一阶段抽真空，从焊膏中排出挥发的溶剂；

在合金粉末熔化阶段进行第二阶段抽真空，进一步排出熔融焊料中的气体和助焊剂。

上述第一阶段抽真空的时间为10s~30s。

上述第一阶段抽真空的真空度小于10Pa。

上述第二阶段抽真空时间为30s~60s。

上述第二阶段抽真空的真空度小于1Pa。