電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉及其製備方法
2023-05-28 05:41:41
專利名稱：電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電子封裝的複合粉，尤其是涉及一種電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉及其製備方法。
背景技術：
隨著電子工業的飛速發展，廣泛應用於電子表面貼裝領域的焊膏備受關注。焊膏是由合金釺料粉末與膏狀助焊劑均勻混合而成，通常合金粉末約佔焊膏質量分數的90 %。 目前開發出並可實現商業化的無鉛焊料有40餘種，所有的無鉛焊料都利用Sn作為基體材料，通過加入Bi、Cd、In、Zn、Au、Ti、Ga、Hg、Cu、Sb和Ag等元素中的一種或幾種來得到合適的熔點和焊接性能。由於傳統的Sn-Pb焊料(如Sn-371^合金焊料)熔點低，焊接可靠性好且價格便宜，用以上無毒合金元素替代原焊料中的1 都會導致焊料價格的上升，並且焊接性能沒有Sn-Pb合金優越，因此，進一步研究無鉛焊料的成分及其焊接可靠性是十分必要的。隨著電路板不斷向高集成度、高布線密度方向發展，電子行業對性能優越的焊膏的需求量越來越大，特別是在焊點密度更高、焊點體積更小的BGA領域，不僅要求焊膏的焊接可靠性好，同時還要求焊接溫度較低，焊點的導電性能和導熱性能優良。本申請的發明人中的王翠萍教授和劉興軍教授2002年在《SCIENCE》 上發表的文章"Formation of immiscible alloy powders with egg-type microstructure」(Vol. 297，2002，pp. 990-993)對複合粉的形成機理做了全面的解釋。該文章同時也對複合粉在電子封裝領域的應用做出了一些展望。本發明中的錫鉍銅銀彌散型複合粉也正是在這一系列原理的指導下設計和製備完成的。中國專利CN101323020A公開一種低熔點核/殼型錫鉍銅合金粉體及其製備方法， 該成果由本專利發明人中的劉興軍教授和王翠萍教授共同研究完成。其特徵在於各組分按質量百分比為Sn:10 17%，Bi :50 70%，餘量為銅。粉末為核/殼結構，殼層為富 (Bi, Sn)相，熔點為255. 3°C，核層為富(Cu，Sn)相，熔點為723. 5°C，粉末顆粒大小為400 500 μ m0
發明內容
本發明的目的是為了解決BGA封裝領域對高性能焊膏的需求問題，提供一種電子封裝用錫鉍銅銀(Sn-Bi-Cu-Ag)合金彌散型複合粉及其製備方法。所述電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉按質量百分比的組成為Sn為15% 20%，Bi 為 63% 73%，Cu 為 4% 15%，餘量為 Ag。所述電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉的製備方法包括以下步驟1)將配製好的合金原料置入超音霧化設備中的熔煉坩堝內，通過真空機組對系統抽真空，充入保護氣體，利用中頻感應將原料熔煉成合金；2)待合金完全熔融後，拉出拔杆，使合金溶液流入導流管中，在液體流入霧化室的瞬間，利用高壓氬氣將其擊碎成粉，待冷卻後即成電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉。
在步驟1)中，所述保護氣體可採用氬氣等；所述中頻感應的頻率可為67 72kHz ο本發明首先利用自行開發的熱力學資料庫，巧妙地利用液相調幅分解型合金的性質，通過計算相圖來準確地預測多元合金中液相調幅分解反應存在的溫度及成分範圍，並計算兩液相的體積分數以實現組織形態的設計，利用霧化法制粉工藝(粉體內外存在溫度梯度而導致液相界面能的差別作為驅動力)，在重力場的條件下，不需要任何複合工藝，一次性製備具有高熔點相和低熔點相的複合粉體，其中低熔點相為富(Bi，Sn)相，為複合粉的基體相，熔點在122. 8°C附近，可在較低的焊接溫度下熔化將元器件焊接起來；高熔點相為富(Cu，Sn)相，彌散分布在基體相中，熔點在606. 7°C附近，在焊接溫度下不熔化，增強焊點的導電性能和導熱性能。在霧化制粉工藝中，可以通過調節霧化氣體的壓力(改變冷卻速度)控制高熔點相的顆粒大小和分布形態。
圖1為製備的Sn-Bi-Cu-^Vg合金彌散型複合粉的內部結構(複合粉分布形態中富 (Bi，Sn)相為低熔點相，熔化溫度為122. 8°C )圖。在圖1中，標尺10 μ m。圖2為製備的Sn-Bi-Cu-^Vg合金彌散型複合粉的內部結構(複合粉分布形態中富 Cu，Sn相為高熔點相，熔化溫度為606. 7°C )圖。在圖2中，標尺10 μ m。圖3為製備的Sn-Bi-Cu-^Vg合金彌散型複合粉的DSC曲線圖。在圖3中，橫坐標為溫度CC )，縱坐標為信號(mW/mg)；箭頭表示放熱方向；熔化溫度分別為122.8°C和 606. 7"C。
具體實施例方式實施例1首先設計Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉的成分比例，其中
Sn20%
Bi68%
Cu11%
Ag1%然後根據各成分之間的比例利用氣霧化法製備Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉。製備方法(1)根據成分比配製合金原料；(2)將配比好的合金原料置入超音霧化設備中的熔煉坩堝內，通過真空機組對系統抽真空，待達到所需真空度後，充入保護氣體高純氬氣，利用中頻感應(67 72KHz)將原料熔煉成合金；(3)待合金完全熔融後，拉出拔杆，使合金溶液流入導流管中，在液體流入霧化室的瞬間，利用高壓氬氣將其擊碎成粉，待冷卻後即成複合粉。實施例2
首先設計Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉的成分比例，其中
Sn19%
Bi68%
Cu12%
Ag1%然後根據各成分之間的比例利用氣霧化法製備Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉， 製備方法同實施例1。實施例3首先設計Sn-Bi-Cu-Ag彌散型複合粉的成分比例，其中
Sn16%
Bi68%
Cu14%
Ag2%然後根據各成分之間的比例利用氣霧化法製備Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉， 製備方法同實施例1。實施例4首先設計Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉的成分比例，其中
Sn18%
Bi69%
Cu12.5%
Ag0.5%然後根據各成分之間的比例利用氣霧化法製備Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉， 製備方法同實施例1。實施例5首先設計Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉的成分比例，其中
Sn19%
Bi64.5%
Cu15%
Ag1.5%然後根據各成分之間的比例利用氣霧化法製備Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉， 製備方法同實施例1。圖1和2給出製備的Sn-Bi-Cu-^Vg合金彌散型複合粉的內部結構圖，複合粉分布形態中富(Bi，Sn)相為低熔點相，熔化溫度為122. 8°C，在較低的溫度下熔化將電子器件焊接在電路板上；複合粉分布形態中富Cu，Sn相為高熔點相，熔化溫度為606. 7°C，在焊接溫度下不熔化，增強焊點的導電性和導熱性。由圖1和2表明，可以通過調節霧化制粉工藝來調整高熔點相的顆粒大小和分布形態，使彌散型複合粉既能在低溫條件下焊接性能優良又能使焊點具有良好的導電性和導熱性，從而更好的應用於電子封裝領域。
圖3給出製備的Sn-Bi-Cu-Ag合金彌散型複合粉的DSC曲線圖。
權利要求
1.電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉，其特徵在於按質量百分比的組成為Sn為 15% 20%，Bi 為 63% 73%，Cu 為 4% 15%，餘量為 Ag。
2.如權利要求1所述的電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉的製備方法，其特徵在於包括以下步驟1)將配製好的合金原料置入超音霧化設備中的熔煉坩堝內，通過真空機組對系統抽真空，充入保護氣體，利用中頻感應將原料熔煉成合金；2)待合金完全熔融後，拉出拔杆，使合金溶液流入導流管中，在液體流入霧化室的瞬間，利用高壓氬氣將其擊碎成粉，待冷卻後即成電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉。
3.如權利要求2所述的電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉的製備方法，其特徵在於在步驟1)中，所述保護氣體採用氬氣。
4.如權利要求2所述的電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉的製備方法，其特徵在於在步驟1)中，所述中頻感應的頻率為67 72kHz。
全文摘要
電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉及其製備方法，涉及一種用於電子封裝的複合粉。電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉按質量百分比的組成為Sn為15％～20％，Bi為63％～73％，Cu為4％～15％，餘量為Ag。將配製好的合金原料置入超音霧化設備中的熔煉坩堝內，通過真空機組對系統抽真空，充入保護氣體，利用中頻感應將原料熔煉成合金；待合金完全熔融後，拉出拔杆，使合金溶液流入導流管中，在液體流入霧化室的瞬間，利用高壓氬氣將其擊碎成粉，待冷卻後即成電子封裝用錫鉍銅銀合金彌散型複合粉。該工藝簡單，成本低，效率高，汙染少。
文檔編號B23K35/26GK102492870SQ201110415739
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者劉興軍, 劉洪新, 張錦彬, 施展, 王建, 王翠萍, 鬱炎, 陳梁, 黃藝雄 申請人:廈門大學