热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料及其制备方法

摘要

热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料及其制备方法属于无铅复合钎料制造技术领域。现有复合钎料中的增强颗粒可能会降低钎料本身的工艺性能和可靠性。本发明的复合钎料由Sn-3.5Ag钎料膏和聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物增强颗粒组成，其中钎料膏的含量为98-99.7％，增强颗粒的含量为0.3-2％。本发明通过将增强颗粒添加到钎料膏中，搅拌均匀，制得热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料。本发明所制备的钎料具有润湿性能良好，剪切强度高，力学性能优异，制备工艺简单等优点。

权利要求

1.一种热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料，其特征在于，所述的复合钎料由Sn-3.5Ag钎料膏和热致液晶聚合物增强颗粒组成，其中钎料膏所占重量百分比为

98-99.7％，增强颗粒所占重量百分比为0.3-2％；所述的钎料膏为市售Sn-3.5Ag钎料膏，其中钎料所占的重量百分比为85％，钎剂所占的重量百分比为15％；所述的增强颗粒为聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物。

2.根据权利要求1所述的一种热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物添加到Sn-3.5Ag钎料膏中，搅拌均匀，制得热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料；复合钎料中，钎料膏所占重量百分比为98-99.7％，增强颗粒所占重量百分比为0.3-2％；钎料膏由重量百分比为85％的Sn-3.5Ag钎料和15％的钎剂组成。

说明书

热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于无铅复合钎料制造技术领域，具体涉及一种热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料及其制备方法。

背景技术

[0002] 目前，新型电子封装用无铅钎料已成为各国研究的热点。随着微电子行业对连接钎焊接头可靠性要求的不断增长，要求无铅钎料必须具有高强度的特征，以确保其服役过程的可靠性和稳定性。近些年来，国内外已经研究开发出多种无铅复合钎料合金。目前最有代表性的无铅钎料合金主要为富Sn基合金，如Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Zn二元合金，以及Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi等三元系合金或多元合金。Sn-3.5Ag二元共晶合金，因其较好的钎焊工艺性能、良好的力学性能，已成为国际公认的最有应用前景的无铅钎料合金。

[0003] 但是，现有的无铅钎料合金尚不能满足性能要求，为了进一步提高无铅钎料的综合性能，特别是使其具有更高的力学性能和可靠性，一般采用如下两种方法：一种是“合金化法”，即将Cu、Ni等合金元素添加到基体钎料中形成多元合金；另一种是将增强颗粒添加到基体中制备“复合钎料”，以提高钎料的力学性能和抗蠕变性能(如，CN1621194A)。

[0004] 但在以往的复合钎料中，增强颗粒往往不能与基体产生良好的结合，在起到强化作用的同时，也往往会降低钎料本身的性能，如工艺性能和可靠性。

[0005] 而添加到钎料中的增强相颗粒应满足以下要求：与基体有很好的连接；在正常再流的条件下，与熔化钎料的相溶性较好；能在基体中均匀地分散；且具有理想的尺寸。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料及其制备方法。本发明所发明的无铅复合钎料具有良好的润湿工艺性能和力学性能，且制备工艺简单。

[0007] 本发明所提供的热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料，由Sn-3.5Ag钎料膏和热致液晶聚合物增强颗粒组成，其中，钎料膏所占重量百分比为98-99.7％，增强颗粒所占重量百分比为0.3-2％；所述的钎料膏为市售Sn-3.5Ag钎料膏，其中钎料所占的重量百分比为85％，钎剂所占的重量百分比为15％；所述的增强颗粒为聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物。

[0008] 本发明所提供的热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料的制备方法包括以下步骤：

[0009] 将聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物添加到Sn-3.5Ag钎料膏中，搅拌均匀，制得热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料；复合钎料中，钎料膏所占重量百分比为98-99.7％，增强颗粒所占重量百分比为0.3-2％；钎料膏由重量百分比为85％的Sn-3.5Ag钎料和15％的钎剂组成。

[0010] 其中，所述的增强颗粒聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物可采用文献Wen Xiong Zhang；Fukuji Higashi.Journalof Polymer Science：Part A：Polymer Chemistry，1993，31，2935-2940中报道的方法制得。

[0011] 本发明具有以下优点：

[0012] 本发明所选用的聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物增强颗粒的液晶态熔化温度区间与传统Sn-Ag共晶钎料合金基体的熔点接近，因此该聚合物增强颗粒可以很好地与基体结合，所制备的复合钎料的润湿性能良好，剪切强度高，力学性能优秀。

附图说明

[0013] 图1、实施例2制备的热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料的内部显微组织。

[0014] 图2、对比例中的Sn-Ag共晶钎料合金的内部显微组织。

[0015] 从图1和2中可以看出，Sn-Ag共晶钎料界面组织细小，而添加聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺聚合物的钎料显微组织晶界组织明显，说明所添加的聚合物增强颗粒存在于晶界组织中，从微观角度揭示所添加的增强颗粒会提高复合钎料的力学性能。

[0016] 以下结合附表和具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

[0017] 下述实施例中复合钎料的熔化特性实验采用差热分析仪(DSC)测定，复合钎料的用量为10mg，样品室通入高纯氮气作为保护气氛，加热速率为2℃/min。

[0018] 润湿工艺性能实验参考GB11364-89《钎料铺展性及填缝性实验方法》的规定进行：采用0.2mm厚的薄铜片作为基板，尺寸为40mm×40mm，经600号砂纸打磨，无水乙醇清洗凉干。复合钎料的用量为0.227g，用塞多利斯电子天平称量。

[0019] 采用单剪搭接接头进行力学性能测试，钎焊接头的搭接面积为1mm2，试验接头部位的宽度为1mm，钎缝厚度为0.1mm，被连接材料为紫铜片，厚度为0.5mm。力学剪切试验采用微拉伸试验机进行测试，试验加载速率为0.01mm/s。

[0020] 所使用的Sn-3.5Ag钎料膏为市售商品，由重量百分比为85％的Sn-3.5Ag钎料和15％的钎剂组成；所使用的增强颗粒聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物是采用文献Wen Xiong Zhang；Fukuji Higashi.Journal of Polymer Science：Part A：
PolymerChemistry，1993，31，2935-2940中报道的方法制得。

[0021] 对比例

[0022] 称取5g市售Sn-3.5Ag钎料膏，低温保存备用，性能如表1中所示。

[0023] 实施例1

[0024] 取0.015g聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物和4.985g Sn-3.5Ag钎料膏，机械搅拌30min，制成复合钎料，低温保存备用，其中，聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物在复合钎料中的重量百分比为0.3％，性能如表1中所示。

[0025] 实施例2

[0026] 取0.025g聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物和4.975g Sn-3.5Ag钎料膏，机械搅拌30min，制成复合钎料，低温保存备用，其中，聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物在复合钎料中的重量百分比为0.5％，性能如表1中所示。

[0027] 实施例3

[0028] 取0.035g聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物和4.965g Sn-3.5Ag钎料膏，机械搅拌30min，制成复合钎料，低温保存备用，其中，聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物在复合钎料中的重量百分比为0.7％，性能如表1中所示。

[0029] 实施例4

[0030] 取0.05g聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物和4.95g Sn-3.5Ag钎料膏，机械搅拌30min，制成复合钎料，低温保存备用，其中，聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物在复合钎料中的重量百分比为1％，性能如表1中所示。

[0031] 实施例5

[0032] 取0.1g聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物和4.9g Sn-3.5Ag钎料膏，机械搅拌30min，制成复合钎料，低温保存备用，其中，聚乙二醇双4-羰苯-临联甲苯酰胺热致液晶聚合物在复合钎料中的重量百分比为2％，性能如表1中所示。

[0033]铺展面积 润湿角 表面形 钎焊后的 钎焊后的剪切
实施例 熔点(°) 剪切强度 强度相对对比
(mm2) (°) 貌
(MPa) 例提高的比例
对比例 222.4 91.55 13.00 光洁 39.96 ---
1 223.8 94.8 11.92 较光洁 48.42 21.2％
2 224.3 99.3 10.4 光洁 51.14 28％
3 222.9 108.2 9.9 光洁 48.14 20.5％
4 225.4 101.62 10.23 光洁 45.95 15％
5 226.1 96.48 11.2 较光洁 44.39 11％

[0034] 表1 热致液晶聚合物增强的锡银基无铅复合钎料的综合性能

[0035] 从表1中可看出，与对比例相比实施例1制备的复合钎料的熔点略有提高，其润湿角变小、铺展面积略有提高、剪切强度提高21.2％，其铺展性能与对比例相当，同时具有较高的剪切强度。

[0036] 与对比例相比实施例2制备的复合钎料的熔点有一定提高，其润湿角明显减小、铺展面积提高约9％、剪切强度提高28％，具有良好的熔化特性和优良的铺展性能、很高的剪切强度。

[0037] 实施例3 制备的复合钎料的熔点与对比例基本相当，但其铺展面积较对比例明显提高，提高幅度约15％、剪切强度提高约21％，具有优良的熔化特性和铺展工艺性能，同时剪切强度较大幅度的提高。

[0038] 与对比例相比，实施例4制备的复合钎料的熔点提高约3℃，铺展面积提高10％、润湿角减小、剪切强度提高15％，具有优良的铺展性能、较高的剪切强度。

[0039] 与对比例相比，实施例5制备的复合钎料的熔点提高约4℃，其铺展面积略有提高，润湿角减小、剪切强度提高11％，具有与对比例相当的铺展性能和较高的剪切强度。