一種氧化石墨烯/納米銀復(fù)合釬焊材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種釬焊材料，具體涉及一種錫基無(wú)鉛型氧化石墨烯/納米銀復(fù)合 釬焊材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技進(jìn)步和生產(chǎn)、生活的需要，各類電子元器件、電子產(chǎn)品大量涌現(xiàn)，促進(jìn)電 子工業(yè)迅猛發(fā)展。電子產(chǎn)品也越來(lái)越走向大規(guī)模、超大規(guī)模集成化，其結(jié)果促使電子封裝技 術(shù)在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。釬焊材料應(yīng)用是推進(jìn)電子封裝技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，而電子封裝技術(shù)是 實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品微型化的前提條件。電子元器件的封裝過(guò)程需要制造越來(lái)越小、越來(lái)越密集 的釬焊接頭。倒裝芯片（FC)和球柵陣列技術(shù)（BGA)，因其在有限空間內(nèi)的高密度I/O接頭 互連，被廣泛的應(yīng)用在微電子封裝領(lǐng)域。隨著器件封裝密度的提升，器件工作時(shí)單位體積內(nèi) 生成的熱量也顯著提升，從而器件上焊點(diǎn)的服役溫度也會(huì)提升。焊點(diǎn)服役溫度的提升，帶來(lái) 了更多機(jī)械失效的問(wèn)題，如熱疲勞，蠕變。為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，必須滿足電子封裝焊點(diǎn) 服役時(shí)的可靠性。
[0003] 錫-鉛合金曾一度作為電子元器件的釬焊材料廣泛應(yīng)用，由于廢棄電子元器件中 的鉛會(huì)進(jìn)入水循環(huán)，進(jìn)而危害人類的健康，因此，各國(guó)相繼立法禁鉛。目前，工業(yè)上可用于生 產(chǎn)的無(wú)鉛釬料大部分為錫基合金，而經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)，錫基釬料合金的顯微組織在電子元器件 服役過(guò)程中非常容易粗化，影響焊接可靠性。因此在高溫服役環(huán)境下，例如汽車電子產(chǎn)品， 錫基釬料不能保證足夠高的可靠性。Sn-Cu釬料作為低成本合金已成為應(yīng)用最廣泛的無(wú)鉛 釬料之一。然而，Sn-Cu共晶合金的機(jī)械性能比Sn-Pb差，如剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及抗蠕 變性能等不夠理想，因此Sn-Cu共晶合金的機(jī)械性能亟待改善。如Sn-0. 7Cu無(wú)鉛釬料合 金熔點(diǎn)為227°C，熔點(diǎn)較高，高溫力學(xué)性能(蠕變、熱疲勞)較差，不適宜用于回流焊。為了抑 制錫基釬料合金顯微組織的粗化，最有效的方法是在錫基釬料中添加增強(qiáng)顆粒，制備復(fù)合 釬料。
[0004] 石墨烯是一種具有高光學(xué)吸收、高強(qiáng)度、極大比表面積、較低生產(chǎn)成本(相對(duì)于碳 納米管）等優(yōu)異性質(zhì)的新型二維碳納米材料，由SP2碳原子組成，是研宄碳材料各種晶體理 論計(jì)算和推導(dǎo)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，非常適合于開(kāi)發(fā)高性能的復(fù)合材料。已有研宄表明，在Sn-Ag-Cu 釬料中加入〇. 1%的石墨烯片可顯著提高釬料的潤(rùn)濕性能及力學(xué)性能。由此可見(jiàn)，石墨烯在 強(qiáng)化釬料、提高釬料性能方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于其本身是由碳元素構(gòu)成，所以化學(xué) 性質(zhì)相對(duì)較惰性。石墨稀表面能夠負(fù)載納米級(jí)別的金屬單質(zhì)粒子如納米銀、金、銅、鉬、.巴 等，還可以負(fù)載某些納米級(jí)金屬化合物如四氧化三鐵、氧化鋁、氧化鋅等。但是石墨烯在水 相中的分散程度較差，限制了其應(yīng)用。氧化石墨烯(石墨烯的衍生物）由于表面具有大量含 氧基團(tuán)，如羥基、羧基、環(huán)氧基團(tuán)等，在水相中具有很高的分散性，拓展了石墨烯的應(yīng)用。
[0005] 以石墨烯及其衍生物為基體的新型納米復(fù)合材料已成為石墨烯研宄的主流方向。 將納米級(jí)別的金屬氧化物ZnO、Fe3O4等添加到氧化石墨稀中得到的石墨稀/納米金屬?gòu)?fù)合 材料具備優(yōu)良的電化學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)；同樣將貴金屬納米金納米銀與氧化石墨烯復(fù)合后可 具備優(yōu)異的光電等性能。其中，氧化石墨烯/納米銀復(fù)合材料以氧化石墨烯、銀離子為原 料，得到納米銀負(fù)載于氧化石墨烯層間的納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料由于具備了石墨烯(或 其衍生物氧化石墨烯）和納米銀的優(yōu)點(diǎn)，所以比單純納米材料性能優(yōu)異、應(yīng)用前景廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決Sn-Cu系無(wú)鉛釬料熔點(diǎn)高，不利于電子元件低溫組裝，以及普通無(wú)鉛釬 料釬焊的工藝、力學(xué)性能差的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種取代錫銅釬料的氧化石墨烯/納米銀 復(fù)合增強(qiáng)錫基無(wú)鉛釬料，這種釬料熔點(diǎn)比Sn-0. 7Cu低，并且具有良好的釬焊工藝性能和力 學(xué)性能，無(wú)毒無(wú)污染。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)解決方案如下： 一種氧化石墨烯/納米銀復(fù)合釬焊材料，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 05%~ 0. 1%氧化石墨稀，1. 5%~3%納米銀，余量為錫銅合金。
[0008] -種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：0. 05%~0. 1%氧化石墨 烯，2. 0%~3%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 05%~0. 1%氧化石墨烯，2. 5%~3%納米銀， 余量為錫銅合金；或〇. 05%~0. 1%氧化石墨稀，3%納米銀，余量為錫銅合金。
[0009] -種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：0.06%~0. 1%氧化石 墨烯，1. 5%~3%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%~0. 1%氧化石墨烯，1. 5%~3%納米 銀，余量為錫銅合金；或〇. 08%~0. 1%氧化石墨稀，1. 5%~3%納米銀，余量為錫銅合金； 或0. 09%~0. 1%氧化石墨稀，1. 5%~3%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 1%氧化石墨稀， 1. 5%~3%納米銀，余量為錫銅合金。
[0010] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 06%~0. 09%氧化石墨 烯，2. 0%~2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%~0. 08%氧化石墨烯，2. 5%納米銀，余 量為錫銅合金。
[0011] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 06%~0. 09%氧化石墨 烯，1.5%納米銀，余量為錫銅合金；或0.06%~0.09%氧化石墨烯，2.0%納米銀，余量為錫 銅合金；或〇. 06%~0. 09%氧化石墨烯，2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 06%~0. 09% 氧化石墨稀，3. 0%納米銀，余量為錫銅合金； 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 07%~0. 08%氧化石墨烯， 1. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%~0. 08%氧化石墨烯，2. 0%納米銀，余量為錫銅合 金；或0. 07%~0. 08%氧化石墨烯，2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%~0. 08%氧化 石墨稀，3. 0%納米銀，余量為錫銅合金。
[0012] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 05%氧化石墨烯，1. 5% 納米銀，余量為錫銅合金；或0. 05%氧化石墨稀，2. 0%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 05%氧 化石墨稀，2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 05%氧化石墨稀，3. 0%納米銀，余量為錫銅合 金。
[0013] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 06%氧化石墨烯，1. 5% 納米銀，余量為錫銅合金；或0. 06%氧化石墨稀，2. 0%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 06%氧 化石墨稀，2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 06%氧化石墨稀，3. 0%納米銀，余量為錫銅合 金。
[0014] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 07%氧化石墨烯，I. 5% 納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%氧化石墨稀，2. 0%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%氧 化石墨稀，2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 07%氧化石墨稀，3. 0%納米銀，余量為錫銅合 金。
[0015] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 08%氧化石墨烯，1. 5% 納米銀，余量為錫銅合金；或0. 08%氧化石墨稀，2. 0%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 08%氧 化石墨稀，2. 5%納米銀，余量為錫銅合金；或0. 08%氧化石墨稀，3. 0%納米銀，余量為錫銅合 金。
[0016] 一種優(yōu)選技術(shù)方案，其原料組成及其重量百分比含量為：〇. 09%氧化石墨烯，1. 5% 納米