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一种微纳米铜球表面镀附具有可焊性厚度的厚锡层的镀附方法

摘要

本发明提供了一种微纳米铜球表面镀附具有可焊性厚度的厚锡层的镀附方法,得到表面镀附有厚锡层的基于CuSn核-壳结构双金属粉。使用所述双金属粉材料压制的预置片进行焊接即可实现低温(250℃)焊接,所得焊点能经受高温(676℃)服役,并且极大的提高了焊点可靠性和焊缝的稳定性,可以广泛应用于各种高温焊接领域。

著录项

  • 公开/公告号CN105290418A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2016-02-03

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 哈尔滨工业大学深圳研究生院;

    申请/专利号CN201510664334.3

  • 发明设计人 陈宏涛;胡天麒;李明雨;

    申请日2015-10-14

  • 分类号B22F9/24(20060101);B22F1/02(20060101);

  • 代理机构深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙);

  • 代理人韩英杰

  • 地址 518000 广东省深圳市南山区西丽镇深圳大学城哈工大校区

  • 入库时间 2023-12-18 13:57:21

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2018-09-07

    授权

    授权

  • 2016-03-02

    实质审查的生效 IPC(主分类):B22F9/24 申请日:20151014

    实质审查的生效

  • 2016-02-03

    公开

    公开

说明书

技术领域

本发明属于材料化学与材料加工交叉技术领域,涉及一种微纳米铜球表 面镀附具有可焊性厚度的厚锡层的镀附方法。

背景技术

高温功率器件由于其在汽车、井下石油天然气行业、飞行器、空间探测、 核反应环境以及雷达等领域的巨大潜力而越来越受到人们的关注。目前市 面上的IGBT芯片普遍以硅为原材料,但是由于硅材料禁带宽度、临界击穿 电场强度、电子饱和速率等各项参数均较低,目前该种材料的发展已接近瓶 颈。碳化硅(SiC)比硅材料具有更好的物理性质,由SiC制成的功率器件 具有关断拖尾电流小、响应速度快的特性。同时该材料制成的功率器件能够 经受很高的温度,特别适合于高功率高频率以及高温环境下的应用。目前碳 化硅芯片已经在一些领域投入商业化应用,并且有望完全替代硅芯片成为 第三代半导体。当前正值第三代碳化硅半导体即将广泛推广应用之际,但适 用于该种功率器件封装使用的能经受高温服役条件的钎料却少之又少,并 且各有优缺点,因此急需开发出一种能够具有高熔点高可靠性的钎料。

目前,用于高温功率器件的芯片粘贴工艺主要有使用改进的合金钎料、 纳米银烧结法以及瞬态液相连接(TransientLiquidPhasebonding,TLP)工 艺等。这些工艺各有其特点,但也都有自身的应用局限性。高温合金钎料主 要包括金基体系、铅基体系、锌基体系、铋基体系以及银基体系。在这些候 选成分中,金基合金如Au–Sn(Tm=280℃)和Au–Ge(Tm=356℃)是比较 普遍的高温钎料,但金基合金的共晶组织硬度很高,同时能够与其热膨胀系 数相匹配的基板材料也十分有限,金基钎料成本高,也限制了其大规模的批 量生产;铅基合金虽具有诸多优点,但由于铅具有毒性,随着电子产业无铅 化的推进,显然不再适用于当前;锌基钎料的润湿铺展性不好,同时由于其 塑性不高,易出现硬脆相;铋基钎料(如Bi-Ag)在Cu基板上的润湿性不 高,结合强度较弱,塑性差,而目前绝大多数电子产品的基板均为Cu基板, 所以这也限制了该钎料的应用。并且,高温合金钎料的熔点较高,进行钎焊 互连时必须加热到钎料的熔点,所以焊接时更高的回流焊接温度将会对器 件产生更大的可靠性损害。纳米银烧结法被业界认为是最有潜力高温无铅 焊料替代产品,烧结之后的纳米银具备优良的热导率(240Wm-1K-1)和电导 率(4.1×10-7Sm-1)以及较高的熔点(961℃),特别吸引人的是纳米银的烧结温 度,目前业内以及实现低温甚至室温下的纳米银烧结技术,而烧结之后的纳 米银熔点则恢复到961℃,这就表明如果采用纳米银来进行连接时只需要较 低的回流焊接温度使纳米银彼此烧结,则得到的烧结银焊缝再次融化则需 加热到961℃的高温,因此纳米银具备低温烧结所得焊点能经受高温的优点; 但是,纳米银烧结技术同时又有若干缺点,比如原材料比较贵所以不适合应 用于企业大批量生产;纳米银烧结技术与传统钎焊工艺生产车间的兼容性 小,如果大规模应用需要设备的整体更换;应用纳米银进行烧结焊接时需要 压力辅助(通常为几兆帕),而且即使如此也会因为烧结颈的限制所得的烧 结之后的银具有微观的孔洞,极易成为微裂纹萌生和扩展的源,并且高温下 银存在电迁移的问题,这都会对整个焊点的可靠性产生不良影响。另一种可 行的方法是瞬态液相烧结法(TLPS)或固液互扩散(SolidLiquid Interdiffusion)它的焊接原理完全不同于纳米银烧结法,在TLP键合工艺中, 至少需要两种组元,一种熔点低作为钎焊材料(比如锡),而另一种熔点较 高作为器件的基板(比如铜),低熔点的钎料置于待连接的两高熔点基板材 料之间。低温回流时,低熔点的钎料熔化并在与高熔点材料的界面处润湿铺 展,使得整个组织无空隙;之后的回流过程中,两种材料在界面处发生互扩 散运动并生成化合物(比如Cu6Sn5),随着扩散运动的进行化合物不断长大 最终消耗掉全部的低熔点材料形成焊缝处完全是化合物的焊点。这种化合 物通常具备较高熔点,从而能实现低温焊接所得焊点能经受高温的目的。这 种焊接方法的优点是原材料来源广泛成本低廉,且与当前企业产线的机器 有较高的加工兼容性;缺点是整个工艺流程中由于元素的扩散速度有限,就 使得化合物形成和长大的速度比较慢,因此要得到全化合物焊点的组织所 需时间也很长。所以TLP工艺目前仅适用于窄焊缝的焊接,由于热膨胀系 数的差异,焊缝处会产生应力集中问题,而对应较窄的焊缝这个问题则更加 突出,外加化合物通常为硬脆相,这就大大增加了化合物服役过程中焊点开 裂失效的可能性。而增大焊缝厚度虽然可以解决应力集中的问题,但回流时 间或回流温度也会因此而增大,更大的回流时间或更高的回流温度都会对 基板上的其他器件带来不利影响。

CN103753049A提供了一种CuSn核壳结构金属粉的制备方法,包括: 称取Cu粉,并使其完全分散于去离子水中;称取Sn溶于去离子水,Sn与 Cu质量比为1:8至1:2中,搅拌均匀,形成去离子水溶液;混合并在室温 下搅拌10至40分钟以确保完全反应;使用水或无水乙醇将反应产物反复 清洗至溶液澄清并阴干。优选方案称取分散剂PVP,以Cu粉和分散剂的 质量比1:1均匀混合后完全分散于去离子水。从而形成具有Sn包覆Cu颗 粒的核壳结构,在焊接过程中,金属间化合物中弥散分布铜颗粒的焊缝结构, 该结构能够在Sn的熔点以上便形成,形成后可以在Cu6Sn5熔点以下服役。 该方案基于置换反应原理,当铜颗粒表面与镀液接触时,配位剂硫脲的加入 拉低了铜的电极电位,使得铜原子能够与镀液中的锡离子发生置换反应,生 成锡原子与游离于溶液中的铜离子,具体原理如下:

硫脲能够与Cu2+形成稳定的配合物[Cu((NH2)2CS)2]2+,使Cu2+/Cu 的电极电位向负值移动,将Sn2+置换出来。其反应方程式可以写为:

Sn2++Cu+2(NH2)2CS=Sn+[Cu((NH2)2CS)2]2+

而置换反应能够发生的前提是发生置换的两种组元必须互相接触,而在 此镀附反应中,虽然铜原子在硫脲的辅助下确实能置换出锡并完整的包覆 在铜球表面形成核壳结构,但一旦铜表面形成致密的锡原子层完全包覆住 铜球以后,铜球与镀液无法继续接触,置换反应无法持续发生进行,这也从 根本上阻断了镀层继续增厚的可能性。

因此采用CN103753049A中所述的方法虽然能得到CuSn核壳结构的 金属粉,但镀附的锡壳部分却无法达到特定厚度使镀层具有最佳的可焊性, 通常业界认为锡镀层>4μm才能使镀层具有良好的可焊性,即对于单一 CuSn核壳结构金属颗粒而言,铜颗粒表面镀锡层>2μm时,内部铜核才 能通过外部锡壳实现优良焊接连接。

CN104117782A在CN103753049A的基础上,通过稳定剂,还原剂,抗 氧化剂等药品的加入,将镀锡的反应原理由置换反应升级为自催化反应,锡 原子在溶液中被还原出来并沉积在固-液界面处,一定时间的镀附之后,可 在铜核表面得到具有一定厚度的度锡层。这种方法不使用分散剂,通过制得 的核壳结构金属粉压制进一步制成新型预制片高温钎料,以及所述预制片 用于焊盘焊接的应用,从而形成高温焊缝的方法。该结构能够在250℃短时 间的回流工艺下实现对焊盘的钎焊连接,并且焊点形成后可以在676℃下稳 定服役,达到低温连接高温服役的目的。但是,目前CuSn核壳金属粉在 压制成预置片的工艺中性能得到良好体现,但在将金属粉制备成钎料膏时, 使用膏体焊接之后所得焊缝孔隙率明显较多,连接强度相对较低,关于这种 核壳结构的金属粉这钎料膏的推广应用在之后的研究中亟待突破。

本发明基于现有技术在高温连接领域各种钎焊方法与钎焊材料存在的 问题,创新性的提出了一种核壳结构金属粉的制备方法,并首次将这种金属 粉应用在了高温连接领域,圆满的解决了业内普遍面临的难题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足,本发明提供了一种微纳米铜球表 面镀附具有可焊性厚度的厚锡层的镀附方法,制得微、纳米级CuSn核壳 结构金属粉,以及这种低温瞬态液相连接的LT-TLPS(LowTime-Transient LiquidPhaseSoldering)金属粉在高温钎料领域的应用。

一种微纳米铜球表面镀附具有可焊性厚度的厚锡层的镀附方法,包括:

(1)、称取配位剂,还原剂,稳定剂,抗氧化剂以及适量的甲磺酸和乙 二醇,加入超纯净去离子水,加热到80℃并施加搅拌,直至溶液完全溶解 得到溶液A;

优选称取配位剂,还原剂,稳定剂,抗氧化剂以及适量的甲磺酸和乙二 醇,加入超纯净去离子水,配位剂浓度为1.2~1.5mol/L,还原剂浓度为 0.75~0.9mol/L,稳定剂浓度为0.002~0.0035mol/L,抗氧化剂浓度为 0.003~0.004mol/L,甲磺酸浓度为0.075~0.1mol/L,乙二醇浓度为10~15ml/L, 加热到80℃并施加搅拌,直至溶液完全溶解得到溶液A;

通过大量的实验研究发现温度选择只有80℃可以实现,低于八十度溶 质的溶解度不能达到要求使之前所称量的各种溶质完全溶解,如果使用溶 质未完全溶解的镀液进行后续镀附操作会有两个缺点无法避免:

1,溶质未完全溶解,部分溶质本应在镀液中起到的作用无法完全呈现, 比如镀液还原能力不足或稳定性欠佳。

2,溶质不能完全溶解而后续的长时间高转速镀附是在室温下进行的, 如果这一步溶质不能完全溶解后续操作过程中溶质一直无法溶解,使得一 直到最后目标金属粉在过滤清洗过程中仍然有很多第一步中未能完全溶解 的溶质即无机盐掺杂在最终获得的和壳结构金属粉中,无法分离,这是因为 核壳结构金属粉作为新型焊接材料具有高度的温度敏感性,如果将制得的 金属粉与无机盐再次加热到80℃,虽然无机盐会溶解从而过滤得到金属粉, 而CuSn核壳结构的金属粉在80℃下回发生不可逆的相变,锡壳部分由 于铜原子的扩散完全转变成Cu-Sn化合物丧失可焊性从而金属粉丧失其最 基本的价值,因此金属粉一旦制成除非在回流焊接那一步,否则其他步骤里 是不可以再次加热,这也是为什么在前期镀附过程中必须保证无机盐充分 溶解。高于80℃的温度虽然也能使得溶质溶解,但过高的温度使得溶液挥 发迅速,不利于镀液量的稳定把握。

所述配位剂优选为硫脲,所述还原剂优选为次亚磷酸钠,所述稳定剂优 选为乙二胺四乙酸,所述抗氧化剂优选为对苯二酚与抗坏血酸。

以上各成分以及对应含量如果选择失当,主要不良表现在镀层厚度不 够,镀层包覆结果欠佳,镀层出现锡须,表面氧化严重不利于下一步金属粉 的焊接应用。

(2)、称取适量铜粉,清洗去除表面污渍以及氧化层,并活化铜球表面, 再用去离子水清洗,待用;

优选采用将铜粉按照质量比1:10置于体积比5%的盐酸-乙醇溶液中, 加入表面活化剂并施加超声对铜粉进行,再用去离子水清洗铜粉4遍待用, 所述表面活化剂优选为聚乙二醇,聚乙二醇:乙醇质量比=1:100。

铜粉粒径优选为微纳米级,从纳米铜粉到50微米以下的微米铜粉,此 配方均可实现较为优良的镀附结果。

(3)、称取1.8~2.5g氯化亚锡并溶于1ml盐酸中,作为溶液B;

所述盐酸选用为纯盐酸,因氯化亚锡可以水解,固将其溶解于盐酸中。

(4)、在80℃下将溶液B倒入处于搅拌中的溶液A中,待混合均匀后调 整镀液温度与pH值到合适范围;

所述两种溶液混合后调整镀液的合适温度优选为20~35℃,所述合适pH 值优选为0.8~1。

通过大量的实验研究发现温度区间如果高于所述值,核壳结构金属粉 在镀附过程中由于微纳米级颗粒高的表面能极易发生相变使锡转化为Cu- Sn化合物丧失可焊性,低于所述值则反应速率大幅降低,极大的延长了镀 附反应所需时间。

pH值过高或过低于所述范围,镀锡效果不佳,且所述pH范围内镀附 速度是最快的。

(5)、将步骤(2)处理得到铜粉倒入A和B的混合溶液中,提高搅拌 速率,电磁搅拌与玻璃棒手工搅拌交替进行,保证反应3h;

所述两种溶液混合后提高的搅拌速率优选为300rpm。

(6)、过滤镀液并清洗金属粉,得到表面镀附有厚锡层的基于CuSn核 -壳结构双金属粉。

所述加热与搅拌是指在水浴中电磁搅拌。

所述微、纳米级基于CuSn核壳结构金属粉是指介于20nm与50μm 之间各个尺寸级别的铜核表面镀附具有可焊性厚度(>3μm)的锡金属层的 核壳结构。

本发明方法所需物质条件简单,成本低廉具有非常广阔的企业实际推广 应用前景,另外,相比纳米材料烧结等其他高熔点焊点的制备方法此方法制 备出来的材料进行焊接时与传统工业中回流焊接产线兼容度更好,非常有 利于在现有加工设备基础上进行制备和推广应用。

更为具体的制备方法步骤详述如下:

(1)、称取次亚磷酸钠(0.86mol/l),硫脲(1.3mol/L),对苯二酚 (0.0036mol/L),乙二胺四乙酸(0.0028mol/L)溶于50ml去离子水,加入甲磺 酸(0.083mol/L),乙二醇(15ml/L)水浴加热到80℃,施加电磁搅拌,搅拌 速度为100rpm,待溶质完全溶解得到溶液A。

(2)、称取铜粉4g,置于5%的盐酸-乙醇溶液中酸洗,同时加入表面活 化剂聚乙二醇(2g/L)并对铜粉进行超声清洗去除表面污渍以及氧化层同时 活化铜球表面,最后用去离子水清洗铜粉4遍待用;

(3)、称取2g氯化亚锡并溶于1mL纯盐酸中,作为溶液B;

(4)、将80℃溶液B倒入处于搅拌中的溶液A中,调整混合溶液的温度 至30℃,并且通过添加氨水和盐酸的方法调整镀液pH为0.8-1之间,整个 过程中溶液一直处于以100rpm搅拌的状态;

(5)、30℃下将之前第二步中酸洗并表面处理好的铜粉倒入A和B的 混合溶液中,同时提高电磁搅拌速率至300rpm;但是电磁搅拌的同时要穿 插手工玻璃棒搅拌以保证颗粒在镀液中的状态均匀,电磁搅拌每进行20min 切换到手工玻璃棒搅拌5min,循环往复保证反应时间为3h;

(6)、过滤镀液并清洗金属粉,得到表面镀附有厚锡层的基于CuSn核 -壳结构双金属粉。

本发明的在一目的在于提供一种高温纤料的预置片,其通过以下制备 方法步骤制备得到:(7)、将CuSn核-壳结构双金属粉在30Mpa压力下压 制成预置片。

使用所述压制的高温纤料的预置片进行焊接即可实现低温(250℃)焊 接,所得焊点能经受高温(676℃)的目的。

本发明人通过大量实验研究后发现,本发明配方和试验方法对 20nm~50μm尺寸范围内的铜球均可实现在铜球表面镀附一层具有可焊性厚 度的纯锡层,使用这种核壳结构金属粉压制的预置片进行焊接时能极大的 缩短焊缝完全IMC化所需的时间,从而在短时间低温度下即可实现

相比现有技术,本发明的优点在于:

1、传统钎料的熔点较低,难以满足较高温度服役的器件,而被业界 目前最为看好的纳米银烧结法具有不可避免的银迁移问题会极大降低焊点 可靠性,并且纳米银的成本高昂不适合企业大规模生产。本发明制备的 CuSn核壳金属粉原材料为铜粉,镀附过程中所需的药品成本也很低廉, 加工工艺简单,同时具有与纳米银烧结法一样低温下可实现焊接连接且所 得焊点能经受高温服役的优点。

2、纳米银烧结工艺与传统工艺相差较大,无法与企业现有的产线相 兼容,如果大规模生产需要重新搭建产线。而本方案所提供的通过CuSn 核壳金属粉压制而成的焊接材料与传统钎料的回流焊接工艺兼容度好,企 业在现有产线上无需做过多更改即可实现,更容易推广应用。

3、由于铜颗粒均匀分布在焊缝中,焊缝内部残余锡消耗所需的时间 大幅缩短,这大大降低了器件因为经受过长时间的回流而受热损毁的可能 性。

4、铜具有优秀的导电和导热能力,相较与传统的锡基钎料来说,铜 颗粒夹杂在焊缝中能极大的提高焊缝的导电和导热能力。

5、传统焊缝结构由两个焊盘中间夹钎料,原子扩散只能发生在截面处 所以焊缝完全化合物话的时间取决于焊缝的厚度,而由CuSn核壳金属粉 压制成的预置片形成的焊缝,完全化合物化的时间取决于铜球表面镀锡层 的厚度,因此使得短时间内更厚的焊缝得以完全IMC化成为可能。而厚焊 缝能明显的缓解焊缝处因不同材料热膨胀系数不同而导致的应力集中的问 题,从而大幅提高焊点的可靠性。

附图说明

图1为经FIB切开后的CuSn核壳结构金属颗粒的剖面图,图中: 0101为铜核;0102为镀附的锡壳。

图2为采用CuSn核壳结构金属粉在低温短时条件下制备的高熔点互 连焊点,图中:0201为铜基板;0202为CuSn核壳金属粉压制成的预置 片。

图3为采用CuSn核壳结构金属粉制备的预置片组织放大图,其中: 0301为铜核,0302为回流前铜核表面镀附的锡壳部分在回流后转化成高熔 点的Cu3Sn化合物。

图4为本发明一种实施方式得到的30微米粒径核壳结构颗粒以及焊缝 组织示意图其中,颗粒示意图4(a),焊缝组织示意图4(b),4(c)为4(a)另 一尺寸下的示意图,4(d)为4(c)的局部放大图。

图5为本发明一种实施方式得到的1微米粒径核壳结构颗粒以及焊缝 组织示意图其中,颗粒示意图5(a),焊缝组织示意图5(b),5(c)为5(a)焊 后的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实例及说明书附图说明本发明的实现途径,但不仅限于 此。

实施实例1,参考图1、2和3:

基于以上考虑,我们通过大量的试验尝试和数据分析,发明了这种微纳 米铜球表面镀附可焊性厚锡层的镀附方法,通过这种镀附方法成功实现了 室温下在微纳米级铜球表面镀附厚锡层的目的。

该方法具体包括以下步骤(以采用50ml镀液对4g粒径为30μm的铜 粉镀锡并最终将其制成耐高温焊点为例):

(1)、称量次亚磷酸钠3.7g,硫脲5g,对苯二酚0.02g,乙二胺四乙酸 0.04g,溶于50ml去离子水中并施加搅拌,搅拌速率100rpm,加入甲磺酸 0.4g,乙二醇0.7ml,将溶液置于水浴中加热至80℃待溶质完全溶解得到溶 液A。

(2)、称取粒径为30μm的铜粉4g,置于5%的盐酸-乙醇溶液中施加超 声酸洗,目的是去除铜粉表面的污渍以及氧化层,同时加入0.1g聚乙二醇 对铜粉表面进行活化,最后用去离子水清洗铜粉4遍待用。

(3)、称取2g氯化亚锡并溶于1ml纯盐酸中,作为溶液B;

(4)、将80℃溶液B倒入处于搅拌中的溶液A中,调整混合溶液的温度 至30℃,并且通过添加氨水和盐酸的方法调整镀液pH在0.8-1之间,整个 过程中溶液一直处于以100rpm搅拌的状态;

(5)、30℃下将之前第二步中酸洗并表面处理好的铜粉倒入A和B的 混合溶液中,同时提高电磁搅拌速率至300rpm;但是电磁搅拌的同时要穿 插手工玻璃棒搅拌以保证颗粒在镀液中的状态均匀,电磁搅拌每进行20min 切换到手工玻璃棒搅拌5min,循环往复保证反应时间为3h;

(6)、过滤镀液并清洗金属粉,得到表面镀附有厚锡层的粒径为30μm的 CuSn双金属核壳结构。

(7)、将CuSn核壳金属粉在30Mpa压力下压制成预置片,使用压制 的预置片进行焊接即可实现低温(250℃)焊接,所得焊点能经受高温(676℃) 的目的。

所得核壳结构颗粒以及焊缝组织如下图4(a)-4(d)所示:

经大量实验验证,这种焊缝的电阻率为6.50μΩ·cm,导电性能远优于 传统的锡基钎料(11.5μΩ·cm)以及传统TLP工艺制得的完全由铜-锡化合 物组成的纯IMC焊点(Cu6Sn5:16.5μΩ·cm;Cu3Sn:8.9μΩ·cm),与纳米 银烧结之后的焊缝处于相同量级(2.5-10μΩ·cm)。

同时这种新型焊缝由于铜颗粒掺杂其中,使其热导率高达 154.26W/m·K,导热性能同样大幅优于锡基钎料(63.2W/m·K)以及纯IMC 焊点(Cu6Sn5:34.1W/m·K;Cu3Sn:70.4W/m·K)。

另外这种焊缝在400℃下以0.1mm/min速率高温剪切时,剪切强度的 均值达到29MPa,足以满足器件在任何苛刻情况下的可靠性服役。

实施实例2,参考图1、2和3:

为了验证此配方对各个粒径范围的铜粉均具有优秀的镀附具有可焊性 的厚锡层效果,我们格外选取粒径为1μm的铜粉进行镀锡操作,并最终将 粒径为1微米的CuSn核壳铜粉制备成预置片,用于实际焊接得到能经受 高温服役的焊点。

该方法具体包括以下步骤(以采用100ml镀液对8g粒径为1μm的铜 粉镀锡并最终将其制成耐高温焊点为例):

(1)、称量次亚磷酸钠7.4g,硫脲10g,对苯二酚0.04g,乙二胺四乙酸 0.08g,溶于100ml去离子水中并施加搅拌,搅拌速率100rpm,加入甲磺酸 0.8g,乙二醇1.4ml,将溶液置于水浴中加热至80℃待溶质完全溶解得到溶 液A。

(2)、称取粒径为1μm的铜粉8g,置于5%的盐酸-乙醇溶液中施加超 声酸洗,目的是去除铜粉表面的污渍以及氧化层,同时加入0.2g聚乙二醇 对铜粉表面进行活化,最后用去离子水清洗铜粉4遍待用。

(3)、称取4g氯化亚锡并溶于2ml纯盐酸中,作为溶液B;

(4)、将80℃溶液B倒入处于搅拌中的溶液A中,调整混合溶液的温度 至30℃,并且通过添加氨水和盐酸的方法调整镀液pH在0.8-1之间,整个 过程中溶液一直处于以100rpm搅拌的状态;

(5)、30℃下将之前第二步中酸洗并表面处理好的铜粉倒入A和B的 混合溶液中,同时提高电磁搅拌速率至300rpm;但是电磁搅拌的同时要穿 插手工玻璃棒搅拌以保证颗粒在镀液中的状态均匀,电磁搅拌每进行20min 切换到手工玻璃棒搅拌5min,循环往复保证反应时间为3h;

(6)、过滤镀液并清洗金属粉,得到表面镀附有厚锡层的粒径为1μm的 CuSn双金属核壳结构。

(7)、将CuSn核壳金属粉在30Mpa压力下压制成预置片,使用压制 的预置片进行焊接即可实现低温(250℃)焊接,所得焊点能经受高温(676℃) 的目的。

所得核壳结构颗粒以及焊缝组织如下图5(a)-5(c):

焊缝依然具有优秀的导电导热能力以及低温即可实现回流焊接,所得 焊点能耐高温的特性。

对比实施例1

采用CN104117782A方法制备的高温钎料

效果对比发现,主要区别主要体现在如图4.b中,新的镀附工艺能实现 镀层更厚,更好的满足焊接要求,从而使最终制得的预置片导电导热及机械 连接性能更加优越。

对比实施例2

采用CN103753049A方法制备的高温钎料

效果对比发现,将金属粉制备成钎料膏时,使用膏体焊接之后所得焊缝 孔隙率明显较多,连接强度相对较低。

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