[发明专利]无铅软钎焊材料及其制备方法

说明书

无铅软钎焊材料及其制备方法,该材料由纳米氧化钇和锡银铜无铅焊膏制备而成。位错就越难绕过第二项粒子，理论上掺杂纳米粒子能够钉扎位错，从而起到提高材料强度的效果。

技术领域：

本发明涉及微电子封装材料领域，具体为一种复合无铅软钎焊材料及其制备方法。

背景技术：

对于焊料而言，一方面要保证焊料具有优异的延展性，另一方面还有保证具有较高的强度，既可以具有充足的滑移发生，又不能使位错过度塞积产生严重的应力集中。回流态Sn3.0Ag0.5Cu无铅焊料焊点具有在这两个方面的综合性能优异，但美中不足的是Sn3.0Ag0.5Cu焊料内起到强化作用的小尺寸Ag₃Sn化合物在高温时效演化过程中会演化成棒状或板条状，尺寸增大，而且Ag₃Sn+β-Sn共晶结构的网络分布状态能够被打破，强化能力下降。

发明内容：

发明目的：

本发明提供一种复合无铅软钎焊材料及其制备方法，其目的是使用该焊料制备的焊点内存在纳米尺寸的强化相纳米氧化钇，焊点在高温时效过程中纳米粒子仍然能够起到强化作用。

技术方案：

一种复合无铅软钎焊材料，其特征在于：该材料由纳米氧化钇和锡银铜无铅焊膏制备而成。

制备上述的无铅软钎焊材料的方法，其特征在于：该制备方法如下：(1)纳米氧化钇的制备：将微米量级的氧化钇溶于硝酸配成硝酸钇溶液，氧化钇与硝酸溶液中硝酸溶质的摩尔比例为1:5-7，所用硝酸原料为质量分数65-68％的浓硝酸，按所需摩尔数计算出实验所需的农硝酸溶液体积，然后按氧化钇与甘氨酸的摩尔比例为2-4：9-11的比例称取甘氨酸，将甘氨酸溶于硝酸钇溶液，混合均匀，加热混合溶液至粘稠状，继续加热使之发生燃烧，得到纳米氧化钇白色粉末；(2)纳米粒子的分散：按0.1克纳米氧化钇对应10毫升无水乙醇(浓度大于99.7％)的比例将纳米氧化钇加入无水乙醇中，在超声振荡作用下进行分散，超声振荡时间为1-1.5小时；(3)纳米粒子与无铅焊料的混合：将(2)步骤中处理好的纳米氧化钇加入Sn3.0Ag0.5Cu(质量分数：3.0％Ag,0.5％Cu)无铅焊膏中，纳米氧化钇与Sn3.0Ag0.5Cu焊膏的质量比例是1:1000-5:1000，即纳米氧化钇在复合焊料中的质量分数0.1％-0.5％,通过搅拌装置进行机械搅拌，搅拌时间为1-2小时，得到最终的复合锡银铜焊料。

该制备方法如下：(1)纳米氧化钇的制备：将微米量级的氧化钇溶于硝酸配成硝酸钇溶液，氧化钇与硝酸溶液中硝酸溶质的摩尔比例为1:6，所用硝酸原料为质量分数68％的浓硝酸，按所需摩尔数计算出实验所需的农硝酸溶液体积，然后按氧化钇与甘氨酸的摩尔比例为3：10的比例称取甘氨酸，将甘氨酸溶于硝酸钇溶液，混合均匀，加热混合溶液至粘稠状，继续加热使之发生燃烧，得到纳米氧化钇白色粉末；(2)纳米粒子的分散：按0.1克纳米氧化钇对应10毫升无水乙醇(浓度大于99.7％)的比例将纳米氧化钇加入无水乙醇中，在超声振荡作用下进行分散，超声振荡时间为1-1.5小时；(3)纳米粒子与无铅焊料的混合：将(2)步骤中处理好的纳米氧化钇加入Sn3.0Ag0.5Cu(质量分数：3.0％Ag,0.5％Cu)无铅焊膏中，纳米氧化钇与Sn3.0Ag0.5Cu焊膏的质量比例是2:1000，即纳米氧化钇在复合焊料中的质量分数0.1％-0.5％,通过搅拌装置进行机械搅拌，搅拌时间为1-2小时，得到最终的复合锡银铜焊料。

(1)掺杂粒子为纳米氧化钇，制备纳米氧化钇过程中氧化钇与甘氨酸的摩尔比为3:10。

(3)步骤中的搅拌时间为1-2小时。

优点效果：

本发明在焊料中引入纳米粒子能够提高焊接界面的强度。小尺寸的第二相粒子具有阻碍位错运动的作用，位错绕过第二项粒子所需的临界切应力符合如下关系：

τ≈af^1/2r^-1，