專利名稱：納米TiO₂顆粒強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子元器件焊接及表面封裝的無(wú)鉛焊料，具體的說(shuō)是一種納米TiO2顆粒強(qiáng)化的無(wú)鉛焊料，即將TiO2納米顆粒加入錫基無(wú)鉛焊料，形成納米顆粒強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料。
背景技術(shù)：
軟釬焊是一項(xiàng)十分古老而實(shí)用的技術(shù)，主要采用錫鉛合金為基礎(chǔ)的體系，這種錫鉛合金共晶溫度為183°C，具有良好的物理性能、力學(xué)性能和冶金性能所以被廣泛用于電子工業(yè)中。錫鉛焊料合金的使用具有悠久的歷史，生產(chǎn)中積累了大量的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)原料成本低廉，資源廣泛。然而鉛是一種有毒金屬，人體吸收低劑量的鉛就會(huì)引起鉛中毒。伴隨著電子廢物日益增加，大量廢舊電子器件廢棄或掩埋處理，電子廢物中有毒的鉛被自然環(huán)境中的水溶液逐漸腐蝕、溶解、擴(kuò)散和富集，最終對(duì)自然環(huán)境中的土壤、天然水體及其動(dòng)植物生物鏈造成不可恢復(fù)的環(huán)境污染。進(jìn)入20世紀(jì)后期，隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，限制和禁止使用含Pb焊料的呼聲日益高漲。20世紀(jì)90年代后期各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列的政策和法規(guī)，限制和禁止含Pb產(chǎn)品的使用。開發(fā)新型的高性能無(wú)鉛環(huán)保焊料是電子與信息工業(yè)面臨的重要課題。目前，無(wú)鉛焊料已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著電子封裝密度不斷增高，尺寸不斷減小，芯片功率不斷增大的趨勢(shì)，無(wú)鉛焊料也需要進(jìn)一步提高其機(jī)械性能。為了提高無(wú)鉛焊料的機(jī)械性能，其中一種有效的手段是使用微小顆粒對(duì)無(wú)鉛焊料進(jìn)行強(qiáng)化，形成復(fù)合焊料。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了許多使用納米顆粒對(duì)焊料進(jìn)行強(qiáng)化的研究，并出現(xiàn)了一些納米復(fù)合焊料。但是，復(fù)合焊料并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。主要原因就是強(qiáng)化顆粒與基體之間的在熱學(xué)，電學(xué)，力學(xué)方面的失配，極易容易在應(yīng)用過(guò)程中造成焊點(diǎn)失效或性能下降。典型的例子是強(qiáng)化顆粒和基體間熱膨脹系數(shù)的失配及硬度的失配，容易在設(shè)備使用過(guò)程中易在焊點(diǎn)連接區(qū)域產(chǎn)生裂紋，最終造成焊點(diǎn)熱機(jī)疲勞失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種用于電子元器件焊接及表面封裝的納米TiO2顆粒強(qiáng)化的無(wú)鉛焊料。本發(fā)明的特點(diǎn)是將納米TiO2顆粒加入錫基無(wú)鉛焊料。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種納米TiO2顆粒強(qiáng)化的無(wú)鉛焊料，其特征在于:以微米無(wú)鉛焊料為基體添加納米顆粒，其中微米無(wú)鉛焊料是Sn-Ag; Sn-Ag-Cu; Sn-Cu; Sn-Co-Cu無(wú)鉛焊料中的一種,納米顆粒是TiO2,納米粉末尺寸￡100nm,復(fù)合無(wú)鉛焊料的質(zhì)量百分組成為:
微米無(wú)鉛焊料98 99.5 %，
納米顆粒0.5 2%。
所述的納米顆粒的尺寸為I 50nm，納米粉末的含量為0.5 2%。本發(fā)明的原理是:添加納米粉末以后，起到了彌散強(qiáng)化的作用，焊料性能得到改善 ο


圖1本發(fā)明焊料的焊點(diǎn)潤(rùn)濕角(Sample O, A, B, C，D的納米TiO2含量分別為0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%)
圖2本發(fā)明焊料的剪切強(qiáng)度值和500次冷熱循環(huán)后的剪切強(qiáng)度值(Sample O, A, B,C，D 的納米 TiO2 含量分別為 0%, 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。實(shí)施例1
1.焊料制備
本實(shí)施例的納米TiO2顆粒強(qiáng)化的無(wú)鉛焊料，由共晶微米無(wú)鉛焊料Sn-Ag- Cu和納米顆粒TiO2組成,納米顆粒尺寸￡100nm,總重量為25g,其組成以重量分?jǐn)?shù)計(jì)為:
微米無(wú)鉛焊料 98份 納米顆粒2份
a.將儲(chǔ)存在石蠟液體中的納米顆粒進(jìn)行分離，選擇氯仿為分離溶劑。b.將分離后的納米顆粒與微米無(wú)鉛焊料混合均勻。2.焊料的檢測(cè)
c.將配好的焊料絲網(wǎng)印刷，然后在180°C進(jìn)行回流，回流時(shí)間為6min，形成良好焊點(diǎn)。d.如圖1所示，納米顆粒TiO2復(fù)合無(wú)鉛焊料所形成焊點(diǎn)的潤(rùn)濕角低于微米無(wú)鉛焊料Sn-Ag- Cu的潤(rùn)濕角；如圖2所示，納米顆粒TiO2復(fù)合無(wú)鉛焊料所形成焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度均高于微米無(wú)鉛焊料Sn-Ag- Cu的剪切性能，500個(gè)熱循環(huán)后所有樣品的剪切強(qiáng)度均有所下降
實(shí)施例2
本實(shí)施例的納米顆粒TiO2強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料，由共晶微米無(wú)鉛焊料Sn-Ag- Cu和納米顆粒TiO2組成,納米顆粒尺寸￡100nm,總重量為25g,其組成以重量分?jǐn)?shù)計(jì)為:
微米無(wú)鉛焊料 99份 納米顆粒I份
將以上混合均勻，然后進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在180°C進(jìn)行回流，回流時(shí)間為6min，形成良好焊點(diǎn)。性能得到改善，如圖1、2所示。
權(quán)利要求
1.一種納米TiO2顆粒強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料，其特征在于微米無(wú)鉛焊料屬于錫基無(wú)鉛合金，納米顆粒為TiO2，該焊料的組成以質(zhì)量百分比計(jì)為: 微米無(wú)鉛焊料98 99.5% 納米顆粒0.5 2% 其中微米無(wú)鉛焊料是Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-B1、Sn-Zn、Sn-Co-Cu、Sn-Cu無(wú)鉛焊料中的任一種，納米粉末是TiO2，納米粉末尺寸為l 50nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電子元器件焊接及表面封裝的納米顆粒TiO2強(qiáng)化復(fù)合無(wú)鉛焊料，它以錫基微米無(wú)鉛焊料為基體，添加納米顆粒TiO2進(jìn)行強(qiáng)化。該焊料的組成以質(zhì)量百分比計(jì)為微米無(wú)鉛焊料98～99.5％，納米TiO2顆粒0.5～2%。本發(fā)明與普通無(wú)鉛焊料相比，機(jī)械強(qiáng)度更高，抗疲勞性能更優(yōu)異。
文檔編號(hào)B23K35/26GK103203563SQ201310118978
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者劉建影 申請(qǐng)人:上海大學(xué)