一種包覆改性無鉛焊料合金粉末的方法
2023-04-25 02:05:31
專利名稱：一種包覆改性無鉛焊料合金粉末的方法
技術領域：
本發明屬於表面組裝技術領域的保護層製備，尤其涉及合金粉末的表面改性。
背景技術：
長期以來，Sn-Pb焊料以其使用的方便性、焊接的穩定性、價格的合理性，成為廣泛 應用的低溫焊料。但是，Pb的使用對環境造成極大的汙染，嚴重影響了人類的健康。焊料 的無鉛化勢在必行。歐洲WEEE及我國信息產業部均制定了相關的法令法規，明確禁止和限 制錫鉛焊料的使用。 表面組裝技術尤其是倒裝晶片技術的發展使得焊膏的在電子工業中的應用更為 廣泛。 一方面，窄間距、高密度的表面組裝技術要求採用粒度更小的超微焊料合金粉末，以 保障其印刷性。另一方面，焊點尺寸越來越小，其承載的力學、電學和熱力學負荷越來越大， 對可靠性要求也日益提高，從而對焊膏的品質提出了更高的要求。因此，表面組裝技術需要 高品質的精細焊膏。 金屬在環境介質或者潮溼環境中自發氧化形成氧化膜，金屬粉末由於其發達的比 表面積，表面易於氧化。焊料合金粉末製備後暴露在空氣中即造成表面的氧化。配成焊膏 後，焊粉也會同助劑反應，造成焊膏粘度增大，印刷性能下降。在助劑中加大活性劑含量，在 焊接時能有效去除氧化膜，但會引起較多的焊後殘留，加速焊接區的腐蝕。而符合發展趨勢 的環境友好的水洗和免清洗助劑則不能完全去除表面氧化膜。焊接時，氧化的焊粉不完全 熔化，與未氧化焊料分離，停留在焊點表層，或者延遲熔化，形成焊球。焊球的產生引起導線 短路，焊接強度降低，焊點外觀發暗。因此，焊粉、焊膏的氧化嚴重影響印刷、焊接性能及可 靠性，惡化焊膏品質，也限制了其保存時間，嚴重製約了其使用期限。超細粒度的無鉛焊料 合金粉末擁有更發達的比表面積，表面更易於氧化，對焊接性能的影響更大。
US5328522 (Jul. 12， 1994)報導通過裂解、氣相沉積的方法在焊料合金粉末表面 包覆對二甲苯，提高焊粉的抗氧化性能，且對焊料的回流特性沒有產生明顯影響。然而，對 二甲苯具有微毒性且包覆工藝複雜。SungilCho等在J0M(2005，(6):50-52)上報導15(TC 幹態空氣中，SnZnBi合金生成ZnO和Sn02，Zn的存在促使Sn02的形成，降低了其抗氧化性。 TIwasaki等在JournalofElectronicMaterials (2005， 34(5) :647-654)上報導採用十二 羥基酸通過幹態球磨的方法包覆Sn8Zn3Bi焊粉，包覆粉末存放後的潤溼性能及焊球實驗表 明其抗氧化性能良好。譚木姊等在電子元件與材料(2008， 27(2) :45-47)上報導在室溫條 件下，採用液相法用2wt%的有機物C改性Sn8Zr^Bi，發現改性粉末潤溼性有所提高，存儲後 的改性粉末潤溼性能降低的速率更慢。Fei-YiHuang等在JournalofAlloysandCompounds (2006,415 :85 - 92)上報導Sn-3. 5Ag-(2. OCu)焊料粉末表面氧化膜由SnO和Sn02組成，表面層Sn02的濃度大於Sn0的濃度，焊料內部SnO濃度逐步增加，整體氧化層厚度約為lum。
發明內容
本發明旨在提供一種新的SnAgCu或SnlnAg或InAg無鉛焊料合金粉末的表面改 性方法，以提高這些無鉛焊料合金粉末抗氧化性能，延長存儲時間，並提高焊料合金粉末的 流動性和分散性。 本發明無鉛焊料合金粉末的表面改性方法的詳細技術方案為取微細SnAgCu 或SnlnAg或InAg無鉛焊料合金粉末，採用以酒精為介質的超聲儀超聲震動10 20min ; 加入硬脂酸使其在50 7(TC時形成濃度為0. 0005-0. Olmol/L的硬脂酸酒精溶液，並保溫 15 45min ;經50 7(TC等溫熱抽濾分離包覆合金粉末與溶液；抽濾後合金粉末經30 4(TC真 空乾燥廣2小時即可得厚度為5 10nm、包覆緻密的改性焊料合金粉末。
在該方法中，採用以酒精為介質的超聲儀超聲震動無鉛焊料合金粉末的目的是盡 可能去除表面吸附氣體和氧化膜。將合金粉末在50-7(TC溫度下在0. 0005-0. Olmol/L的硬 脂酸酒精溶液中保溫15-45min，硬脂酸分子經等溫吸附-解吸附-再吸附的物理過程，就包 覆在焊料合金粉末表面，形成表面單分子或多分子吸附層。 用本發明的改性方法，在SnAgCu或SnlnAg或InAg無鉛焊料合金粉末表面包覆了 硬脂酸單分子或多分子層，隔離了合金粉末與環境介質，提高了粉末的抗氧化性能。實驗結 果表明，用本發明方法包覆的SnAgCu或SnlnAg或InAg無鉛焊料合金粉末，在常溫潮溼環 境中存儲9個月後，包覆粉末的氧含量增量約僅為未包覆粉末的40%。同時，由於合金粉末 表面形成硬脂酸單分子或多分子層，這樣還可以改變粉末表面親水親油平衡值，從而提高 了焊粉的分散性和流動性，提高了焊料合金粉末與有機助焊劑的相容性，並提高了焊膏的 穩定性，優化了焊膏使用性能。因此說，用本發明方法獲得的改性合金粉末具有良好的抗氧 化性，且分散性好，流動性好，能提高焊膏的潤溼性和穩定性。
圖1是實施例1包覆改性的SnAgCu焊料合金粉末的TEM圖。
具體實施方式
實施例1
稱取5g微細SnAgCu焊料合金粉末；以酒精為介質，採用超聲儀超聲震動焊料合金粉 末lOmin，去除合金粉末表面吸附的氣體和氧化膜；加入適量的硬脂酸使其在6(TC時形成 濃度為0. Olmol/L的硬脂酸酒精溶液；在6(TC下保溫15min，硬脂酸分子經等溫吸附_解吸 附_再吸附的物理過程包覆在SnAgCu焊料合金粉末表面，形成表面雙分子吸附層；採用減
4壓熱抽濾器，經6(TC等溫熱抽濾分離包覆的合金粉末與溶液；抽濾後合金粉末經4(TC真空乾燥2小時後，獲得厚度為5-10nm、包覆緻密的改性焊料合金粉末。 所獲產物的TEM圖見附圖1。採用轉鼓中粉末最大穩定角的方法進行測試，結果未包覆和包覆合金粉末最大穩定角分別為69.43。 、66.50° ，相對於未包覆粉末，包覆粉末具有更好的流動性；在常溫潮溼環境中存儲9個月後，包覆粉末的氧含量增量為0. 0349wt%，而未包覆粉末氧含量增量為0. 0723wt%，因此，改性粉末的抗氧化性能明顯優於未改性粉末。
實施例2
稱取3g微細SnlnAg焊料合金粉末，以酒精為介質，採用超聲儀超聲震動焊料合金粉末15min，去除合金粉末表面吸附的氣體和氧化膜；加入硬脂酸使其在6(TC時形成濃度為0. 001mol/L的硬脂酸酒精溶液；在6(TC下保溫30min，硬脂酸分子經等溫吸附-解吸附_再吸附的物理過程包覆在SnlnAg焊料合金粉末表面，形成表面雙分子吸附層；採用減壓熱抽濾器，經6(TC等溫熱抽濾分離包覆的合金粉末與溶液，抽濾後合金粉末經3(TC真空乾燥1小時後，獲得厚度為5-10nm、包覆緻密的改性焊料合金粉末。
權利要求
一種包覆改性無鉛焊料合金粉末的方法，取微細SnAgCu或SnInAg或InAg無鉛焊料合金粉末，採用以酒精為介質的超聲儀超聲震動10~20min；加入硬脂酸使其形成濃度為0.0005-0.01mol/L的硬脂酸酒精溶液，並保溫15~45min；經50~70℃等溫熱抽濾分離包覆合金粉末與溶液；抽濾後合金粉末經30~40℃真空乾燥1~2小時即可得經改性的SnAgCu或SnInAg或InAg無鉛焊料合金粉末。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述加入硬脂酸使其在6(TC時形成 0. 0005-0. Olmol/L的酒精溶液。
3. 如權利要求1或2所述方法製備的改性SnAgCu或SnlnAg或InAg無鉛焊料合金粉 末，其特徵在於包覆的硬脂酸厚度為5 10nm。
全文摘要
本發明公開了一種包覆改性的無鉛焊料合金粉末的方法，取微細SnAgCu或SnInAg或InAg無鉛焊料合金粉末，採用以酒精為介質的超聲儀超聲震動10~20min；加入硬脂酸使其在50~70℃時形成濃度為0.0005-0.01mol/L的硬脂酸酒精溶液，並保溫15~45min；經50~70℃等溫熱抽濾分離包覆合金粉末與溶液；抽濾後合金粉末經30~40℃真空乾燥1~2小時即可得厚度為5~10nm、包覆緻密的改性焊料合金粉末。用本發明的改性方法，在SnAgCu或SnInAg或InAg無鉛焊料合金粉末表面包覆了硬脂酸單分子或多分子層，隔離了合金粉末與環境介質，提高了粉末的抗氧化性能，並同時提高了焊粉的分散性和流動性，提高了焊料合金粉末與有機助焊劑的相容性。
文檔編號B23K35/22GK101767198SQ201010126840
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者劉文勝, 彭芬, 馬運柱 申請人:中南大學