[发明专利]一种添加抗跌落颗粒的低温焊膏

说明书

本发明公开了一种添加抗跌落颗粒的低温焊膏，其是在无铅焊膏中添加有机物颗粒和/或Mxene材料，提高低温焊膏的跌落性能，解决低温Sn‑Bi基焊膏在焊接后所形成的焊点由于Bi聚集产生脆性，导致力学性能低，跌落性能差等问题。本发明在Sn‑Bi焊膏的基础上，按助焊剂质量2%‑6%的量添加有机物颗粒；按合金焊料质量0.2%‑0.5%的量添加Mxene材料；回流后Mxene材料分散在焊点内，而有机物颗粒则部分以残留的形式，存在于焊点周围，两者以不同的机制提高焊点的抗跌落性能。

技术领域

本发明涉及一种添加抗跌落颗粒的低温焊膏，属于电子器件焊接用材料技术领域。

背景技术

锡基焊料以其较低的熔点称为电子制造领域不可或缺的连接材料。由于铅具有毒性，Sn-Ag-Cu合金已取代传统的SnPb合金成为电子制造业表面贴装工艺的主流合金。然而，由于回流焊的输入温度不低于260℃，因此制造过程中一直存在着热输入较大的问题。这使得薄而大的芯片或PCB版容易翘曲。而共晶熔点仅为138℃的Sn-Bi合金就再次进入研究者的视线。该合金在无铅初期由于热组织热稳定性较差，界面脆性，以及较低的抗冲击性能，限制了其应用。但其低温回流的特性，却使人们期待在加入降熔的基础上，提高该类合金的力、热性能，或者通过微合金化，颗粒添加来实现对其性能的优化。此外，较低的回流温度使得能够使用更便宜的基板，这可以显著降低材料、能源和制造成本。这使得基于Sn-Bi焊料的低温焊接熔液成为一个非常有竞争力的提议。根据iNEMI（International ElectronicsManufacturing Initiative）2015的路线图，预计在未来10年内将实现低温微焊接熔液大范围应用（比SAC305合金的熔化温度低1-20%）。

虽然Sn-Bi合金熔点低，但在焊接过程中会产生界面可靠性问题。Bi在凝固过程中易产生偏析，组织粗化，同时Bi具有脆性，会导致焊点力学性能下降，跌落冲击容易发生脆断。所以需要开发一种具有更强跌落性能的Sn-Bi基焊材来提高实际使用中的可靠性。

基于以上问题，公开号为CN109518019A的发明通过控制合金凝固过程，抑制了初生β-Sn的析出，大幅增加共晶组织的比例，使合金晶粒的细化程度超过了传统利用微合金添加改性方法的几个量级。保证了合金具有更加优异的综合性能。然后利用组织的遗传效应，同样细化焊点合金组织。类似地，公开号为CN110773901A的发明公布了一种Cu₆Sn₅纳米颗粒优化SnBi无铅复合焊料的制备方法，通过化合物颗粒对合金块体性能进行强化。其后在回流形成焊点过程中，通过合金内的化合物遗传效应，实现焊点性能的优化。以上两发明均从块体合金角度出发，期待合金遗传效应，使得块体合金形成的微观焊点组织细化，进而提高综合性能。对于是否能够提高动态性能指标，还没涉及。

目前，微电子连接领域常使用焊膏作为焊接材料。焊膏由合金焊料粉末和助焊剂组成，是具有一定的粘性、触变性和可焊性的膏体。焊料合金用于连接被焊接物金属表面并形成焊点，助焊剂在焊接工艺中帮助和促进焊接过程，同时具有保护作用，阻止再氧化反应。因此，本发明在未明显改变合金熔点的前提下，从合金角度、助焊剂角度，全方位提高锡膏形成焊点的跌落性能。

发明内容

为了解决低温SnBi焊膏形成的焊点跌落性能较低的问题，本发明提供了一种添加抗跌落颗粒的低温焊膏，低温焊膏包括焊料合金80%-90%、助焊剂10%-20%，还包括有机物颗粒和/或Mxene材料；

所述焊料合金为Sn-Bi焊粉；

所述助焊剂由活性剂、成膜剂、触变剂、表面活性剂、缓蚀剂和溶剂组成，各组分比例为常规比例；

所述有机物颗粒为粒径5~10μm的尼龙6颗粒，添加量为助焊剂质量的2%-6%；

所述Mxene材料为Ti₂C、Ti₃C₂或Mo_xC_yd，粒径5nm~4μm，添加量为焊料合金质量的0.2%-0.5%。