专利名称：纳米Ag增强低温无铅复合焊膏及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合焊膏及其制备方法。
背景技术：
现有的复合焊膏中强化相和钎料母材的密度不匹配，导致强化相在钎料母材内部 下沉或漂浮而导致其最终在钎料母材内部的偏聚，不利于强化相在母材中的均勻分布，使 其分布不够均勻。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了解决现有的强化相在钎料母材内部下沉或漂 浮而导致其最终在钎料内部团聚的问题，提供了一种纳米Ag增强低温无铅复合焊膏及其 制备方法。本发明纳米Ag增强低温无铅复合焊膏由纳米Ag、松香型助焊剂和Sn_58Bi无铅焊 料组成，其中纳米Ag和松香型助焊剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 8 10，纳米Ag 与松香型助焊剂的质量比为9 100 1000。纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法 按以下步骤实现一、称取纳米Ag、松香型助焊剂和Sn-58Bi无铅焊料，其中纳米Ag和松香 型助焊剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 8 10，纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为 9 100 1000;二、将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和磨球放入球磨罐中，然后在氩气保护、真 空度为-0. IMPa的条件下以35r/min 200r/min的转速球磨3h 8h，得到离散化的纳米 粒子，其中纳米Ag、十二羟基硬脂酸与磨球的质量比为15 20 100 ；三、将离散化的纳米 粒子与松香型助焊剂在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌30min 10h，得到纳米浆 料；四、将Sn-58Bi无铅焊料放入纳米浆料中，然后在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅 拌30min 10h，即得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏。将本发明所得的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏在170°C紫铜板上铺展60S，在纳 米Ag增强低温无铅复合焊膏与紫铜板间生成了 Ag3Sn化合物，Ag3Sn相分布仍均勻，没有发 生纳米Ag团聚现象，基体组织得到细化，界面处Ag3Sn化合物的生成可阻碍Sn与Cu的相 互扩散，抑制界面处Cu6Sn5化合物的长大，从而提高焊点的力学性能和可靠性。按照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》中的要求检测本发明所得纳米Ag增强低温无铅复合 焊膏的焊点剪切强度为65. 2 70. IMPa0
图1是本发明中所用纳米Ag原始形貌图；图2是本发明中所用Sn_58Bi无铅焊 料粉原始形貌图；图3是具体实施方式
十一中Sn-58Bi无铅焊料在170°C紫铜板上铺展的 组织图；图4是具体实施方式
十二中所得焊膏在170°C紫铜板上铺展的组织图；图5是具体 实施方式十三所得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏在170°C紫铜板上铺展的组织图；图6是具体实施方式
十三所得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏在170°C紫铜板上铺展的组织放大
35000倍的扫描电镜照片；图7是具体实施方式
十三中界面组织线分布图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中纳米Ag增强低温无铅复合焊膏由纳米Ag、松香型 助焊剂和Sn-58Bi无铅焊料组成，其中纳米Ag和松香型助焊剂的总质量与Sn_58Bi的质量 比为1 8 10，纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为9 100 1000。本实施方式中的Sn_58Bi无铅焊料为深圳市亿铖达工业有限公司生产的焊料合 金粉。本实施方式所用的松香型助焊剂为市售，本实施方式中所用纳米Ag颗粒购自昆山密 友集团有限公司。本实施方式中所用纳米Ag的平均直径为20nm，Sn_58Bi无铅焊料平均粒度为 25 μ m 75 μ m。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是纳米Ag和松香型助焊 剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 9。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是纳米Ag与松香型助焊 剂的质量比为9 200 900。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是纳米Ag与松香型助焊 剂的质量比为9 500。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式中纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法按以 下步骤实现一、称取纳米Ag、松香型助焊剂和Sn-58Bi无铅焊料，其中纳米Ag和松香型 助焊剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 8 10，纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为 9 100 1000;二、将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和磨球放入球磨罐中，然后在氩气保护、真 空度为-0. IMPa的条件下以35r/min 200r/min的转速球磨3h 8h，得到离散化的纳米 粒子，其中纳米Ag、十二羟基硬脂酸与磨球的质量比为15 20 100;三、将离散化的纳 米粒子与松香型助焊剂在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌30min 2h，得到纳米浆 料；四、将Sn-58Bi无铅焊料放入纳米浆料中，然后在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅 拌30min 2h，即得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏。本实施方式中的Sn_58Bi无铅焊料为深圳市亿铖达工业有限公司生产的焊料合 金粉。本实施方式所用的松香型助焊剂为市售，本实施方式中所用纳米Ag颗粒购自昆山密 友集团有限公司。本实施方式中所用纳米Ag的平均直径为20nm，Sn_58Bi无铅焊料平均粒度为 25 μ m 75 μ m。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中纳米Ag和松 香型助焊剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 9。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中纳米Ag与松 香型助焊剂的质量比为9 200 900。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中纳米Ag与松 香型助焊剂的质量比为9 500。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
五、六、七或八不同的是步骤二中球 磨时间为5h。其它与具体实施方式
五、六、七或八相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
九不同的是步骤三中搅拌时间为 lh。其它与具体实施方式
九相同。
具体实施方式
i^一 本实施方式中将90重量份Sn_58Bi无铅焊料和10重量份松 香型助焊剂的混合物在170°C紫铜板上铺展60S，然后用标准金相法制备金相，观察组织中 Bi的分布，由图3(Sn-58Bi无铅焊料在170°C紫铜板上铺展的组织图)看出Sn_58Bi无铅 焊料中Bi相的组织粗大。按照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》中的要求制成剪切试样，试样 在INSTRON MODEL 1186电子万能试验机测定焊点的抗拉强度，拉伸速率为0. 5mm/min, Sn-58Bi无铅焊料的焊点剪切强度为60. IMPa0具体实施方式
十二 本实施方式中将0. 09重量份纳米Ag、9. 91重量份松香型助焊 剂和89. 91重量份Sn-58Bi无铅焊料混合得焊膏。然后将所得焊膏在170°C紫铜板上铺展60S，然后用标准金相法制备金相，观察组 织中纳米Ag的分布，由图4(本实施方式所得焊膏在170°C紫铜板上铺展的组织图)可以 看出纳米Ag颗粒成大块聚集形式，由此可知纳米Ag颗粒在组织中的分散性差，从而弱化了 Ag颗粒加入的强化效果。
具体实施方式
十三本实施方式中纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法按 以下步骤实现一、称取0. 09重量份纳米Ag、9.91重量份松香型助焊剂和89.91重量份 Sn-58Bi无铅焊料；二、将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和磨球放入球磨罐中，然后在氩气保护、 真空度为-0. IMPa的条件下以lOOr/min的转速球磨5h，得到离散化的纳米粒子，其中纳米 Ag、十二羟基硬脂酸与磨球的质量比为15 20 100 ；三、将离散化的纳米粒子与松香型 助焊剂在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌lh，得到纳米浆料；四、将Sn-58Bi无铅焊 料放入纳米浆料中，然后在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌lh，即得纳米Ag增强低 温无铅复合焊膏。本实施方式中的Sn_58Bi无铅焊料为深圳市亿铖达工业有限公司生产的焊料合 金粉。本实施方式所用的松香型助焊剂为市售，本实施方式中所用纳米Ag颗粒购自昆山密 友集团有限公司。按照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》中的要求制成剪切试样，试样在 INSTRON MODEL 1186电子万能试验机测定焊点的抗拉强度，拉伸速率为0. 5mm/min，本实施 方式所得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的焊点剪切强度为70. IMPa0将本实施方式所得的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏在170°C紫铜板上铺展60S， 然后用标准金相法制备金相，观察组织中纳米Ag的分布，由图5 (本实施方式所得纳米Ag 增强低温无铅复合焊膏在170°C紫铜板上铺展的组织图)看出纳米Ag增强低温无铅复合焊 膏中纳米Ag的质量分数为时，Sn-58Bi无铅焊料的组织得到细化。由图6(本实施方式 所得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏在170°C紫铜板上铺展的组织放大5000倍的扫描电镜 照片)可以看出纳米Ag的加入使紫铜板上铺展所生成的合金组织中出现针状或颗粒状析 出相。经能谱分析得知该析出相为Ag3Sru且Ag含量为时，与直接在焊膏中制备纳米 Ag增强钎料相比，Ag3Sn相分布仍均勻，没有发生纳米Ag团聚现象，基体组织得到一定程度
5的细化。从图7 (界面组织线分布图)中可明显观察到在纳米Ag增强低温无铅复合焊膏与 紫铜板间生成了 Ag3Sn化合物，界面处Ag3Sn化合物的生成可阻碍Sn与Cu的相互扩散，抑 制界面处Cu6Sn5化合物的长大，从而提高焊点的力学性能和可靠性。纳米Ag均勻化分布， 原位生成的Ag3Sn属间化合物所带来的弥散强化，是界面合金强度提高的主要原因。
具体实施方式
十四本实施方式中纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法按 以下步骤实现一、称取0. 45重量份纳米Ag、9. 55重量份松香型助焊剂和89. 55重量份 Sn-58Bi无铅焊料；二、将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和磨球放入球磨罐中，然后在氩气保护、 真空度为-0. IMPa的条件下以lOOr/min的转速球磨5h，得到离散化的纳米粒子，其中纳米 Ag、十二羟基硬脂酸与磨球的质量比为15 20 100 ；三、将离散化的纳米粒子与松香型 助焊剂在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌lh，得到纳米浆料；四、将Sn-58Bi无铅焊 料放入纳米浆料中，然后在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌lh，即得纳米Ag增强低 温无铅复合焊膏。本实施方式中的Sn_58Bi无铅焊料为深圳市亿铖达工业有限公司生产的焊料合 金粉。本实施方式所用的松香型助焊剂为市售，本实施方式中所用纳米Ag颗粒购自昆山密 友集团有限公司。按照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》中的要求制成剪切试样，试样在 INSTRON MODEL 1186电子万能试验机测定焊点的抗拉强度，拉伸速率为0. 5mm/min，本实施 方式所得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的焊点剪切强度为65. 2 MPa0具体实施方式
十五本实施方式中纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法 按以下步骤实现一、称取0.9重量份纳米Ag、9. 1重量份松香型助焊剂和89. 1重量份 Sn-58Bi无铅焊料；二、将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和磨球放入球磨罐中，然后在氩气保护、 真空度为-0. IMPa的条件下以lOOr/min的转速球磨5h，得到离散化的纳米粒子，其中纳米 Ag、十二羟基硬脂酸与磨球的质量比为15 20 100 ；三、将离散化的纳米粒子与松香型 助焊剂在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌lh，得到纳米浆料；四、将Sn-58Bi无铅焊 料放入纳米浆料中，然后在真空度为-0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌lh，即得纳米Ag增强低 温无铅复合焊膏。本实施方式中的Sn_58Bi无铅焊料为深圳市亿铖达工业有限公司生产的焊料合 金粉。本实施方式所用的松香型助焊剂为市售，本实施方式中所用纳米Ag颗粒购自昆山密 友集团有限公司。按照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》中的要求制成剪切试样，试样在 INSTRON MODEL 1186电子万能试验机测定焊点的抗拉强度，拉伸速率为0. 5mm/min，本实施 方式所得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的焊点剪切强度为70. 3MPa。
权利要求
纳米Ag增强低温无铅复合焊膏，其特征在于纳米Ag增强低温无铅复合焊膏由纳米Ag、松香型助焊剂和Sn 58Bi无铅焊料组成，其中纳米Ag和松香型助焊剂的总质量与Sn 58Bi的质量比为1∶8～10，纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为9∶100～1000。
2.根据权利要求1所述纳米Ag增强低温无铅复合焊膏，其特征在于纳米Ag和松香型 助焊剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 9。
3.根据权利要求1所述纳米Ag增强低温无铅复合焊膏，其特征在于纳米Ag与松香型 助焊剂的质量比为9 200 900。
4.根据权利要求1所述纳米Ag增强低温无铅复合焊膏，其特征在于纳米Ag与松香型 助焊剂的质量比为9 500。
5.权利要求1所述纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法，其特征在于纳米Ag 增强低温无铅复合焊膏的制备方法按以下步骤实现一、称取纳米Ag、松香型助焊剂和 Sn-58Bi无铅焊料，其中纳米Ag和松香型助焊剂的总质量与Sn_58Bi的质量比为1 8 10，纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为9 100 1000;二、将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和 磨球放入球磨罐中，然后在氩气保护、真空度为-0. IMPa的条件下以35r/min 200r/min 的转速球磨3h 8h，得到离散化的纳米粒子，其中纳米Ag、十二羟基硬脂酸与磨球的质量 比为15 20 100;三、将离散化的纳米粒子与松香型助焊剂在真空度为-0. IMPa的焊膏 搅拌机中搅拌30min 10h，得到纳米浆料；四、将Sn_58Bi无铅焊料放入纳米浆料中，然后 在真空度为0. IMPa的焊膏搅拌机中搅拌30min 10h，即得纳米Ag增强低温无铅复合焊 膏。
6.根据权利要求5所述的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法，其特征在于步骤 一中纳米Ag和松香型助焊剂的总质量与Sn-58Bi的质量比为1 9。
7.根据权利要求5所述的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法，其特征在于步骤 一中纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为9 200 900。
8.根据权利要求5所述的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法，其特征在于步骤 一中纳米Ag与松香型助焊剂的质量比为9 500。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法，其特征 在于步骤二中球磨时间为5h。
10.根据权利要求9所述的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏的制备方法，其特征在于步 骤三中搅拌时间为lh。
全文摘要
纳米Ag增强低温无铅复合焊膏及其制备方法，它涉及一种复合焊膏及其制备方法。本发明解决了现有的强化相在钎料母材内部下沉或漂浮而导致其最终在钎料内部团聚的问题。本发明复合焊膏由纳米Ag、松香型助焊剂和Sn-58Bi无铅焊料组成，制备方法如下将纳米Ag、十二羟基硬脂酸和磨球放入球磨罐中，球磨得到离散化的纳米粒子，然后将离散化的纳米粒子与松香型助焊剂在焊膏搅拌机中搅拌后将Sn-58Bi无铅焊料加入继续搅拌，即得纳米Ag增强低温无铅复合焊膏。将本发明所得的纳米Ag增强低温无铅复合焊膏在170℃紫铜板上铺展60s，在纳米Ag增强低温无铅复合焊膏与紫铜板间生成了Ag3Sn化合物，没有发生纳米Ag团聚现象。
文档编号B23K35/40GK101905387SQ201010301190
公开日2010年12月8日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者何鹏, 吕晓春, 安晶, 林铁松, 钱乙余 申请人:哈尔滨工业大学