專利名稱：低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金粉末的制備方法，尾無鉛焊料合金及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的Sn-Pb焊料因其具有良好的焊接性能和使用性能而具有悠久的歷史，但是隨著對Pb毒性的認(rèn)識以及歐盟WEEE/ROHS法案在2006年7月1日起的實(shí)施，無鉛焊料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫鉛焊料已是大勢所趨。目前，以三元Sn-Ag-Cu為主的無鉛焊料合金已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子封裝領(lǐng)域。盡管如此，無鉛焊料合金成分的熔點(diǎn)一般在217～221℃，遠(yuǎn)高于過去傳統(tǒng)Sn-37Pb合金的183℃的熔點(diǎn)。由于目前的電子封裝技術(shù)、電子元器件以及封裝生產(chǎn)線等是基于Sn-37Pb焊料合金發(fā)展起來的，因此采用Sn-Ag-Cu焊料成分在解決環(huán)境保護(hù)的問題后，又帶來了新的問題，即此舉不僅會消耗更多能源，而且對電路板和元器件的可靠性將產(chǎn)生不利影響，對電子產(chǎn)品的可靠性和提高封裝密度不利。為了克服現(xiàn)無鉛焊料的缺點(diǎn)，開發(fā)具有較高封裝可靠性的環(huán)境友好的新型無鉛焊料成分或者開發(fā)新技術(shù)降低已為社會所接受的無鉛焊料成分的熔點(diǎn)是兩條根本的解決途徑，而后者無疑更為直接有效。因此開展新型無鉛焊料的制備技術(shù)研究就顯得尤為重要。利用納米液滴的尺寸效應(yīng)開發(fā)新型低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金，通過將無鉛焊料合金制備成為具有納米尺寸的粉末，則可以降低無鉛焊料的熔點(diǎn)，從而大大提高無鉛焊料的質(zhì)量，并降低電子工業(yè)應(yīng)用無鉛焊料的成本。
本發(fā)明所述的大幅度降低無鉛焊料合金熔點(diǎn)的制備技術(shù)是完全不同于其他方法的一項新的發(fā)明技術(shù)。本發(fā)明申請人采用納米+無鉛焊料+熔點(diǎn)(nano-size+lead-freesolder+melting temperature or melting point)作為關(guān)鍵詞檢索了美國的《金屬文摘》(Metals Abstracts)、美國的《工程文摘索引》(EI)、我國的《中國期刊網(wǎng)》和《維普中文期刊數(shù)據(jù)庫》等科技文獻(xiàn)索引，均沒有查到完全相關(guān)文獻(xiàn)。申請人還檢索了美國?？恼蛣傊迣＠恼?EP-PCT)、《中國專利信息網(wǎng)》和《中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索》也沒有發(fā)現(xiàn)同類專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金的制備方法。更具體地說，本發(fā)明的目的是提供一種采用直流電弧法制備低熔點(diǎn)納米焊料合金的方法。
本發(fā)明一種低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a.首先將Sn基無鉛焊料母合金制成棒狀電極的陰極和陽極；b.將上述的陰極和陽極通過電極夾具放置在直流電弧法制備納米粉末的電槽中，電槽中放有液體石蠟保護(hù)介質(zhì)，所述的陰極和陽極浸沒于液體石蠟保護(hù)介質(zhì)中；c.調(diào)節(jié)控制與所述陰極和陽極電極夾具導(dǎo)線相連的直流弧焊機(jī)的電流，控制直流電流大小范圍為5～100A；然后將陰、陽兩個電極對中，使其接觸產(chǎn)生電弧，不斷多次重復(fù)該過程；d.將由上述過程所制得的沉淀物納米粉末和液體石蠟介質(zhì)的混合液靜置一段時間，待其沉淀后，將納米粉末分離出來，并將其保存在防氧化介質(zhì)中，待用；該產(chǎn)物即為低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金粉末。
本發(fā)明方法的機(jī)理是利用直流電弧法將Sn基無鉛焊料合金制成納米粉末，利用納米粉末的尺寸效應(yīng)，使Sn基無鉛焊料合金的熔點(diǎn)降低。
本發(fā)明方法可適用于降低Sn基無鉛焊料合金的熔點(diǎn)，如Sn-Ag-Cu、Sn-Co-Cu等Sn基無鉛焊料合金。
本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，對于大幅度降低Sn基無鉛焊料合金熔點(diǎn)具有明顯效果。


圖1為實(shí)驗所得Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛焊料合金經(jīng)示差掃描量熱計(DSC)測試的曲線圖。
其中(a)為大塊合金的DSC測試結(jié)果；(b)為納米合金粉末的DSC測試結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例1本實(shí)施例選擇Sn-Ag-Cu這一典型的無鉛焊料合金成分為母合金材料。
本實(shí)施例的具體工藝步驟如下(1)首先將Sn-3.0Ag-0.5CU(wt％)無鉛焊料母合金制成棒狀電極的陰極和陽極；(2)將上述的陰極和陽極通過電極夾具放置在直流電弧法制備納米粉末的電槽中；電槽中放有液體石蠟保護(hù)介質(zhì)，所述的陰極和陽極浸沒于液體石蠟保護(hù)介質(zhì)中；(3)調(diào)節(jié)控制與所述陰極和陽極電極夾具導(dǎo)線相連的直流弧焊機(jī)的電流，控制直流電流為20A；然后將陰、陽兩個電極對中，使其接觸產(chǎn)生電弧，不斷重復(fù)三次該過程；(4)將通過上述過程所制得的納米粉粉末和液體石蠟介質(zhì)的混合液靜置1小時；此時的液體石蠟介質(zhì)既是保護(hù)介質(zhì)又是冷卻介質(zhì)；待其沉淀后，將納米粉末分離出來，并將其保存在防氧化介質(zhì)中，待用；該產(chǎn)物即為低熔點(diǎn)納米Sn-Ag-Cu無鉛焊料合金粉末。
將本實(shí)施例所中所得的低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金粉本，通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，并測得該納米合金粉末的平均粒徑約為50nm。
對末實(shí)施例中所得的Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛焊料合金對示差掃描量熱計(DSC)測試結(jié)果，可見附圖中的圖1，圖1為Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛焊料合金的DSC測試曲線圖。其中(a)為大塊合金的DSC測試結(jié)果；(b)為納米合金粉末的DSC測試結(jié)果。
從圖1可以看出，Sn-3.0Ag-0.5Cu無鉛焊料合金納米化后的熔點(diǎn)相對于大塊母合金降低了將近10℃，熔點(diǎn)降低的幅度是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a.首先將Sn基無鉛焊料母合金制成棒狀電極的陰極和陽極；b.將上述的陰極和陽極通過電極夾具放置在直流電弧法制備納米粉末的電槽中，電槽中放有液體石蠟保護(hù)介質(zhì)，所述的陰極和陽極浸沒于液體石蠟保護(hù)介質(zhì)中；c.調(diào)節(jié)控制與所述陰極和陽極電極夾具導(dǎo)線相連的直流弧焊機(jī)的電流，控制直流電流大小范圍為5～100A；然后將陰、陽兩個電極對中，使其接觸產(chǎn)生電弧，不斷多次重復(fù)該過程；d.將由上述過程所制得的沉淀物納米粉末和液體石蠟介質(zhì)的混合液靜置一段時間，待其沉淀后，將納米粉末分離出來，并將其保存在防氧化介質(zhì)中，待用；該產(chǎn)物即為低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金粉末的制備方法，屬無鉛焊料合金及電子封裝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的工藝過程和步驟如下①將Sn基無鉛焊料母合金制成棒狀電極的陰極和陽極；②將上述陰極和陽極通過電極夾具放在電槽中，電槽內(nèi)放有液體石蠟保護(hù)介質(zhì)；叁用直流弧焊機(jī)通入直流電流，其大小范圍為5～100A；然后將陰、陽兩個電極對中，使其接觸產(chǎn)生電弧，不斷多次重復(fù)該過程；④將由上述過程所制得的沉淀物納米粉末和液體石蠟介質(zhì)通過分離裝置進(jìn)行分離，即得到低熔點(diǎn)納米無鉛焊料合金粉末。該粉末的平均粒徑為50nm，具有較低的熔點(diǎn)，可用于電子封裝領(lǐng)域。
文檔編號B22F9/02GK101073834SQ20071004275
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者高玉來, 翟啟杰, 鄒長東, 李仁興, 夏心志, 龔永勇, 劉建影 申請人:上海大學(xué)