高溫?zé)o鉛Cu--Sn焊膏的制備與性能研究.pdf

1、隨著微電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件的工作環(huán)境溫度越來(lái)越高，為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的高溫電子元器件需求，新一代半導(dǎo)體如SiC、GaN和包裝材料AlN、Si3N4已被廣泛應(yīng)用，但作為關(guān)鍵技術(shù)之一的電子封裝用低成本、高性能的高溫焊料的開(kāi)發(fā)卻進(jìn)展緩慢。目前市場(chǎng)上可提供的高溫焊料焊縫能耐300℃高溫而不熔化失效的焊料有Sn-95Pb、Sn-98Pb、Au-0.28 at.％ Ge、Zn-6Al和Zn-4Al-3Mg-3.2Ga。但是鉛污染環(huán)境、金為貴金屬

2、、鋅鋁焊料不耐腐蝕且界面潤(rùn)濕性能差，它們的使用均受到了很大限制。因此環(huán)保、低成本、焊縫剪切強(qiáng)度高且使用溫度在300℃以上的焊料是市場(chǎng)急需產(chǎn)品。然而目前市場(chǎng)上并不能提供該類(lèi)產(chǎn)品。
　　基于此，本論文致力于開(kāi)發(fā)環(huán)保、低成本、空氣中300℃焊縫剪切強(qiáng)度高于10 MPa且使用溫度高于焊接溫度的新型焊膏。本研究從焊膏的金屬原料粉體出發(fā)，開(kāi)展了高溫?zé)o鉛焊膏制備及焊件高溫力學(xué)性能檢測(cè)等系列研究，取得主要結(jié)果如下:
　　(1)以CuSO4溶

3、液為母液，分別用VC和NaBH4為還原劑，PVP、阿拉伯樹(shù)膠、檸檬酸銨為分散劑，采用化學(xué)還原法制備出微米級(jí)銅粉。研究了還原劑、pH值、分散劑等因素對(duì)液相法還原銅粉粒度和形貌的影響。結(jié)果表明，以VC作為還原劑，還原性受到pH值影響，pH值越高，所得銅粉粒徑越小，形貌越趨于球形，產(chǎn)率越高，pH=8時(shí)得到銅粉顆粒大小為0.5-1μm左右。與阿拉伯樹(shù)膠和檸檬酸銨作為分散劑相比，PVP的分散效果更好。強(qiáng)還原劑(NaBH4)還原的銅粉粒徑小，顆粒在

4、0.5μm左右，形貌趨于球形。
　　(2)研究了Cu-Sn焊膏的制備及性能。將1μm液相還原銅粉與2μm錫粉球磨混合，再加入不同種類(lèi)不同量助劑F3A（非松香型）、JS-E-31（非松香型）、3A（松香型）、JS-E-15X（松香型）后球磨混合制成焊膏。研究了焊膏在氬氣中煅燒過(guò)程中的物相演變和組織變化。發(fā)現(xiàn)，助焊劑促進(jìn)了Cu-Sn焊料煅燒過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)，有利于Cu6Sn5金屬間化合物的形成，減少了殘余的錫量;煅燒時(shí)間越長(zhǎng)、煅燒溫度

5、越高產(chǎn)物殘余錫量越少。當(dāng)煅燒溫度為300℃、煅燒時(shí)間為4h、助焊劑為JS-E-15松香型、添加焊劑量為13 wt.％時(shí)的煅燒產(chǎn)物的殘余錫量最少，煅燒產(chǎn)物均為Cu6Sn5、 Cu3Sn、Sn三相。
　　(3)采用0.5μm的球形銅粉和2μm的球形錫粉，加入JS-E-15X助劑制成了Cu-Sn焊膏。研究了其焊接紫銅的工藝及焊縫的組織及性能。結(jié)果表明，當(dāng)銅粉和錫粉摩爾比為55∶46時(shí)，焊件在300℃空氣中的剪切強(qiáng)度超過(guò)10 MPa;焊接