CN108453414A - 一种Sn基复合焊料片的制备方法 - Google Patents

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肖勇
朱陈中
宋志鹏
牛万里
肖珏
何煌
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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种Sn基复合焊料片的制备方法，包括以下步骤：S1对开孔的泡沫金属进行表面处理；S2填充熔融的Sn基焊料：通过浸渗的方式在泡沫金属中填充熔融的Sn基焊料，即将表面处理后的泡沫金属片浸入熔融的Sn基焊料中，待焊料充分填充进孔后取出；S3交替叠加热压处理：将填充有Sn基焊料的泡沫金属片交替叠加在一起，并对叠层进行反复热压处理，最终制得Sn基复合焊料片。本发明的有益效果为：保证了钎焊时Sn基焊料的流动性；通过改变泡沫Cu和泡沫Ni叠加的层数，复合焊料片中Cu、Ni金属的比例能得到有效控制；有效提高钎焊接头的强度及高温稳定性。

Description

一种Sn基复合焊料片的制备方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种Sn基复合焊料片的制备方法。
背景技术
随着电子封装技术的发展，人们对小尺寸，大功率和高频率功率器件的性能的要求也越来越高。焊料作为互连材料中重要组成部分，其性能将直接影响互连接头的性能，因此，提高焊料的强度和高温性能逐渐成为提升电子器件产品品质的重要攻坚方向。
泡沫金属增强的低熔点复合焊料片具有强度高，焊接性能好等优点，在电子封装领域有着广阔的应用前景。如专利(ZL201710149734X)公布了一种泡沫金属复合焊料片的制备方法，采用了在泡沫金属的表面涂覆一层活性金属镀层，活性金属镀层提高了泡沫金属基体强度。但活性金属镀层的厚度及均匀性难以有效控制，而且采用涂覆活性金属镀层的过程繁琐，不能满足工程中对高效率焊接的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种Sn基复合焊料片的制备方法，工艺简单，其可以解决钎焊过程效率低，接头强度不高、高温服役性能差的问题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1对开孔的泡沫金属进行表面处理；
S2填充熔融的Sn基焊料：通过浸渗的方式在泡沫金属中填充熔融的Sn基焊料，即将表面处理后的泡沫金属片浸入熔融的Sn基焊料中，待焊料充分填充进孔后取出；
S3交替叠加热压处理：将填充有Sn基焊料的泡沫金属片交替叠加在一起，并对叠层进行反复热压处理，最终制得Sn基复合焊料片。
按上述方案：所选用的泡沫金属片为泡沫Cu和泡沫Ni。所述泡沫金属片通过液态金属凝固法、金属沉积法、固态金属烧结法中的任意一种制得。
按上述方案：将填充有Sn基焊料的泡沫Cu和泡沫Ni交替叠加在一起，并对叠层进行反复热压处理，使Cu和Ni金属呈现均匀弥散分布。
按上述方案：步骤S2所述的填充时间为5～30s，Sn基焊料的填充温度为250-300℃，使Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物。
按上述方案：所述的泡沫金属片的层数为2-7层。
按上述方案：所述的Sn基焊料为纯Sn、Sn-Bi合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金中的一种。
按上述方案：步骤S1所述的泡沫金属表面处理包括有除油除锈处理、超声清洗处理和去离子水清洗处理，其中酸洗处理使用的酸为体积浓度为1％～5％的稀盐酸，超声清洗时间为5-15min。
按上述方案：所述的热压后得到的Sn基复合焊料片厚度为0.01-0.5mm。
按上述方案：所述泡沫金属的孔隙率为60％～98％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)能使Cu和Ni金属均匀弥散分布于Sn基焊料中，并且Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物，保证了钎焊时Sn基焊料的流动性；
2)通过改变泡沫Cu和泡沫Ni叠加的层数，复合焊料片中Cu、Ni金属的比例能得到有效控制；
3)钎焊过程中Cu-Sn-Ni之间的竞争反应能加速金属间化合物的形成，从而有效提高钎焊接头的强度及高温稳定性。
附图说明
图1为本发明Sn基复合焊料片制备流程示意图；
图2为本发明泡沫Cu和泡沫Ni交替叠压的一种方式。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
如图1-2所示，一种Sn基复合焊料片的制备方法，包括泡沫金属表面处理、填充Sn基焊料和交替叠压处理等步骤。
实施例1
本实施例中选用的泡沫金属基体为孔隙率均为98％的泡沫铜和泡沫镍，焊料为纯Sn，具体操作步骤如下：
将尺寸为10mm×10mmx0.5mm的泡沫铜和泡沫镍经过除油除污处理后，用超声波清洗和去离子水清洗各5min；将处理后的泡沫铜浸入熔融的纯锡中，熔锡温度为260℃，时间为10s，得到的泡沫铜增强的锡基复合焊料片；同理，将表面处理后的泡沫镍金属浸入熔锡中，熔锡温度为260℃，浸入熔锡时间为15s，得到的泡沫镍增强的锡基复合焊料片。选择表面较均匀的泡沫铜增强的Sn基焊料片3片，泡沫镍增强的Sn基复合焊料片2片，将其交替叠压在一起，采用热压机轧制得到厚度为0.15mm的金属焊料薄片。
显微分析结果表明，交替叠压后复合焊料片中Cu金属和Ni金属弥散分布于焊料片中，金属的质量百分比得到提高，且Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物，保证了钎焊时Sn基焊料的流动性。
实施例2
本实施例中选用的泡沫金属基体为孔隙率均为60％的泡沫铜和泡沫镍，焊料为纯Sn，具体操作步骤如下：
将尺寸为10mm×10mmx0.5mm的泡沫铜和泡沫镍经过除油除污处理后，用超声波清洗和去离子水清洗各5min；将处理后的泡沫铜浸入熔融的纯锡中，熔锡温度为260℃，时间为10s，得到的泡沫铜增强的锡基复合焊料片；同理，将表面处理后的泡沫镍金属浸入熔锡中，熔锡温度为260℃，浸入熔锡时间为15s，得到的泡沫镍增强的锡基复合焊料片。选择表面较均匀的泡沫铜增强的Sn基焊料片3片，泡沫镍增强的Sn基复合焊料片2片，将其交替叠压在一起，采用热压机轧制得到厚度为0.15mm的金属焊料薄片。
显微分析结果表明，交替叠压后复合焊料片中Cu金属和Ni金属弥散分布于焊料片中，金属的质量百分比得到提高，且Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物，保证了钎焊时Sn基焊料的流动性。
实施例3
本实施例中选用的泡沫金属基体为孔隙率均为98％的泡沫铜和泡沫镍，焊料为Sn-Ag合金，具体操作步骤如下：
将尺寸为10mm×10mmx0.5mm的泡沫铜和泡沫镍经过除油除污处理后，用超声波清洗和去离子水清洗各5min；将处理后的泡沫铜浸入熔融的纯锡中，熔锡温度为260℃，时间为10s，得到的泡沫铜增强的锡基复合焊料片；同理，将表面处理后的泡沫镍金属浸入熔锡中，熔锡温度为260℃，浸入熔锡时间为15s，得到的泡沫镍增强的锡基复合焊料片。选择表面较均匀的泡沫铜增强的Sn基焊料片3片，泡沫镍增强的Sn基复合焊料片2片，将其交替叠压在一起，采用热压机轧制得到厚度为0.15mm的金属焊料薄片。
显微分析结果表明，交替叠压后复合焊料片中Cu金属和Ni金属弥散分布于焊料片中，金属的质量百分比得到提高，且Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物，保证了钎焊时Sn基焊料的流动性。
实施例4
本实施例中选用的泡沫金属基体为孔隙率均为98％的泡沫铜和泡沫镍，焊料为纯Sn，具体操作步骤如下：
将尺寸为10mm×10mmx0.5mm的泡沫铜和泡沫镍经过除油除污处理后，用超声波清洗和去离子水清洗各5min；将处理后的泡沫铜浸入熔融的纯锡中，熔锡温度为260℃，时间为10s，得到的泡沫铜增强的锡基复合焊料片；同理，将表面处理后的泡沫镍金属浸入熔锡中，熔锡温度为260℃，浸入熔锡时间为15s，得到的泡沫镍增强的锡基复合焊料片。选择表面较均匀的泡沫铜增强的复合焊料片2片，泡沫镍增强的复合焊料片3片，将其交替叠压在一起，采用热压机轧制得到厚度为0.15mm的金属焊料薄片。
显微分析结果表明，交替叠压后复合焊料片中Cu金属和Ni金属弥散分布于焊料片中，金属的质量百分比得到提高，且Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物，保证了钎焊时Sn基焊料的流动性。
本发明采用填充有Sn基焊料的泡沫Cu和泡沫Ni交替叠加在一起，并选用轧机对叠层进行反复热压处理，最后制得Sn基复合焊料薄片。选用本方法能使Cu和Ni金属均匀弥散分布于Sn基焊料中，并且Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物，保证了钎焊时Sn基焊料的流动性，同时通过改变泡沫Cu和泡沫Ni金属增强的复合焊料片叠加的层数，能有效控制制备的焊料片中Cu、Ni金属的比例和含量。
本方法制备复合焊料片操作简单，焊料片中Cu、Ni金属分布均匀，在钎焊过程中，Cu-Sn-Ni之间的竞争反应能加速金属间化合物的形成，能有效提高钎焊接头的强度及高温稳定性，在电子封装领域有广泛的应用前景。
以上内容是结合具体实施例对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的范围只局限于这些说明。上述实施例中还可以改变泡沫金属基体的材质组成和交替叠压的形式，在不脱离本发明构思的前提下，所做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1对开孔的泡沫金属进行表面处理；
S2填充熔融的Sn基焊料：通过浸渗的方式在泡沫金属中填充熔融的Sn基焊料，即将表面处理后的泡沫金属片浸入熔融的Sn基焊料中，待焊料充分填充进孔后取出；
S3交替叠加热压处理：将填充有Sn基焊料的泡沫金属片交替叠加在一起，并对叠层进行反复热压处理，最终制得Sn基复合焊料片。
2.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：所选用的泡沫金属片为泡沫Cu和泡沫Ni。
3.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：将填充有Sn基焊料的泡沫Cu和泡沫Ni交替叠加在一起，并对叠层进行反复热压处理，使Cu和Ni金属呈现均匀弥散分布。
4.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：步骤S2所述的填充时间为5～30s，Sn基焊料的填充温度为250-300℃，使Cu、Ni金属与Sn基焊料之间没有明显的初始冶金产物。
5.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：所述的泡沫金属片的层数为2-7层。
6.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：所述的Sn基焊料为纯Sn、Sn-Bi合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金中的一种。
7.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：步骤S1所述的泡沫金属表面处理包括有除油除锈处理、超声清洗处理和去离子水清洗处理，其中酸洗处理使用的酸为体积浓度为1％～5％的稀盐酸，超声清洗时间为5-15min。
8.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：所述的热压后得到的Sn基复合焊料片厚度为0.01-0.5mm。
9.根据权利要求1所述的Sn基复合焊料片的制备方法，其特征在于：所述泡沫金属的孔隙率为60％～98％。
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