一种石墨烯‑锡基无铅焊料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯‑锡基无铅焊料及其制备方法，其所用原料包括石墨烯、硼酸铝晶须和锡，各原料重量比为1~4：0.5~1.5：94.5~98.5。本发明专利技术提供的石墨烯‑锡基无铅焊料可替代传统的锡‑铅焊料作为超大规模集成电路的连接材料，克服传统锡‑铅焊料中铅元素带来的环境及健康问题，并具有比现有无铅焊料更高、更可靠的力学性能，是一种符合现代电子工业发展趋势的复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-锡基无铅焊料及其制备方法
本专利技术属于焊接材料
，具体涉及一种石墨烯-锡基无铅焊料及其制备方法。
技术介绍
随着信息时代的到来，电子工业得到了迅猛的发展，计算机、移动电话等产品的迅速普及，使电子产业成为了最引人注目和最具发展潜力的产业之一。电子产业的兴旺也带动了与之密切相关的电子制造业的发展，作为电子制造过程中的一大关键环节，电子封装的重要性也日益显著。而钎焊成为了确保电子封装元器件间导电互连的理想技术。焊料作为一种连接材料，在电子封装过程中担负着实现机械连接、电器连接和热交换等功能的任务。传统锡-铅焊料合金以其低廉的成本、良好的导电性能和优良的钎焊工艺性能，长期以来被广泛用于元器件封装及印刷电路板组装中，从而成为了电子封装工艺中非常重要的钎焊材料。但是铅会对人体健康及自然环境造成潜在危害。随着电子工业的发展，超大规模集成电路中焊点越来越小，而受到的力学、点穴和热学负载越来越重，对焊料的要求越来越高。传统的锡-铅合金的抗蠕变性能差，不能满足现代电子工业的要求。因此，无铅焊料的开发和应用，担负着保护环境和提高电子产品质量的双重任务。现有技术的无铅焊料中比较典型的有锡-铜、锡-银-铜、锡-锌等系列合金。但是，到目前为止，仍然没有研制出一种能够完全代替传统锡-铅焊料的无铅焊料。增强焊料性能的可行性方法是在常规焊料里引入第二相，使其成为复合焊料。石墨烯作为一种目前被广泛关注的碳材料，是目前人类所发现的最薄的二维材料，其微观结构是由碳原子以sp2杂化方式连接而成的。由于石墨烯本身具有稳定的共轭电子体系，因而可以表现出许多优良的物理特性。例如：石墨烯的强度是钢的100多倍，达130GPa，是目前得到的强度最大的材；石墨烯的热导率为5×103W·m-1K-1，是金刚石的3倍；石墨烯具有已知最高的载流子迁移率，为1.5×104cm2·V-1S-1；除此之外，石墨烯还具有其它一些特殊性质，如室温的铁磁性和室温量子霍尔效应等。正因这些突出的性质，石墨烯为发展新颖的、高性能聚合物复合材料提供了可能的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯-锡基无铅焊料及其制备方法，其可替代传统的锡-铅焊料作为超大规模集成电路的连接材料，克服传统锡-铅焊料中铅元素带来的环境及健康问题，并具有比现有无铅焊料更高、更可靠的力学性能，是一种符合现代电子工业发展趋势的复合材料。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石墨烯-锡基无铅焊料，所用原料包括石墨烯、硼酸铝晶须和锡，其重量比为1~4：0.5~1.5：94.5~98.5。其中，所述锡的纯度为99.9%。所述石墨烯-锡基无铅焊料的制备方法包括如下步骤：1）在氮气环境下，将锡超声雾化成200目的锡粉；2）按比例取所得锡粉与石墨烯、硼酸铝晶须，于V型混粉机中混合2h，混合转速为10r/min；3）将步骤2）所得混合粉体放入VC高效混合机中混合10min，混合转速为100r/min；4）将步骤3）所得混合粉体与高碳铬轴承钢质磨球同时置于搅拌式球磨机中，球料的重量比为5：1，然后充入液氮至完全浸没磨球后，低温球磨2h；5）将球磨后的粉末取出，置于惰性气体保护箱中冷却至室温，然后装入模具中热压烧结，热压烧结的压力为50MPa，温度600℃，烧结时间为2h；6）将热压烧结后的坯体挤压加工成型，加工温度为350℃，挤压比为20：1，制成所述石墨烯-锡基无铅焊料。本专利技术的显著优点在于：（1）石墨烯具有良好的力学、电学和热学性质，可以成为传统焊料优良的增强相。理论计算表明，石墨烯力学性能明显优于其他晶须材料，具有很高的刚度；且石墨烯的低密度和良好的结构稳定性，使其在复合焊料领域具有诱人的应用前景。本专利技术通过添加适当比例的石墨烯，可以降低触头的接触电阻，提高抗熔焊性等性能，使其作为无铅焊料的增强相，达到绿色环保、焊接可靠的要求，替代了传统的锡-铅焊料，提高了无铅焊料的性能；（2）硼酸铝晶须性能稳定、机械性能优越，可作为补强材料，增大复合焊料的机械强度和拉伸弹性模量。更重要的是，将硼酸铝晶须与石墨烯混合，能使两者有效均匀的分散在锡中，解决石墨烯不能有效均匀的分散在锡中的难题。（3）本专利技术将石墨烯、硼酸铝晶须和锡直接混粉，利用粉末冶金的工艺方法，在不破坏石墨烯原有结构的基础上，提高了石墨烯在基体焊料中的分散性，工艺简单，适合大规模生产。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例11）在氮气环境下，将纯度99.9%的锡超声雾化成200目的锡粉；2）按重量比为95.5：4：0.5称取所得锡粉与石墨烯、硼酸铝晶须，于V型混粉机中混合2h，混合转速为10r/min；3）将步骤2）所得混合粉体放入VC高效混合机中混合10min，混合转速为100r/min；4）将步骤3）所得混合粉体与高碳铬轴承钢质磨球同时置于搅拌式球磨机中，球料的重量比为5：1，然后充入液氮至完全浸没磨球后，低温球磨2h；5）将球磨后的粉末取出，置于惰性气体保护箱中冷却至室温，然后装入模具中热压烧结，热压烧结的压力为50MPa，温度600℃，烧结时间为2h；6）将热压烧结后的坯体挤压加工成型，加工温度为350℃，挤压比为20：1，制成所述石墨烯-锡基无铅焊料。实施例21）在氮气环境下，将纯度99.9%的锡超声雾化成200目的锡粉；2）按重量比为95：4：1称取所得锡粉与石墨烯、硼酸铝晶须，于V型混粉机中混合2h，混合转速为10r/min；3）将步骤2）所得混合粉体放入VC高效混合机中混合10min，混合转速为100r/min；4）将步骤3）所得混合粉体与高碳铬轴承钢质磨球同时置于搅拌式球磨机中，球料的重量比为5：1，然后充入液氮至完全浸没磨球后，低温球磨2h；5）将球磨后的粉末取出，置于惰性气体保护箱中冷却至室温，然后装入模具中热压烧结，热压烧结的压力为50MPa，温度600℃，烧结时间为2h；6）将热压烧结后的坯体挤压加工成型，加工温度为350℃，挤压比为20：1，制成所述石墨烯-锡基无铅焊料。实施例31）在氮气环境下，将纯度99.9%的锡超声雾化成200目的锡粉；2）按重量比为94.5：4：1.5称取所得锡粉与石墨烯、硼酸铝晶须，于V型混粉机中混合2h，混合转速为10r/min；3）将步骤2）所得混合粉体放入VC高效混合机中混合10min，混合转速为100r/min；4）将步骤3）所得混合粉体与高碳铬轴承钢质磨球同时置于搅拌式球磨机中，球料的重量比为5：1，然后充入液氮至完全浸没磨球后，低温球磨2h；5）将球磨后的粉末取出，置于惰性气体保护箱中冷却至室温，然后装入模具中热压烧结，热压烧结的压力为50MPa，温度600℃，烧结时间为2h；6）将热压烧结后的坯体挤压加工成型，加工温度为350℃，挤压比为20：1，制成所述石墨烯-锡基无铅焊料。实施例41）在氮气环境下，将纯度99.9%的锡超声雾化成200目的锡粉；2）按重量比为96：3.5：0.5称取所得锡粉与石墨烯、硼酸铝晶须，于V型混粉机中混合2h，混合转速为10r/min；3）将步骤2）所得混合粉体放入VC高效混合机中混合10min，混合转速为100r/min；4）将步骤3）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯‑锡基无铅焊料，其特征在于：所用原料包括石墨烯、硼酸铝晶须和锡，其重量比为1~4：0.5~1.5：94.5~98.5。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-锡基无铅焊料，其特征在于：所用原料包括石墨烯、硼酸铝晶须和锡，其重量比为1~4：0.5~1.5：94.5~98.5；所述石墨烯-锡基无铅焊料的制备方法包括如下步骤：1）在氮气环境下，将锡超声雾化成200目的锡粉；2）按比例取所得锡粉与石墨烯、硼酸铝晶须，于V型混粉机中混合2h；3）将步骤2）所得混合粉体放入VC高效混合机中混合10min；4）将步骤3）所得混合粉体与高碳铬轴承钢质磨球同时置于搅拌式球磨机中，充入液氮至完全浸没磨球后，低温球磨2h；5）将球磨后的粉末取出，置于惰性气体保护箱中冷却至室温，然后装入模具中热压烧结；6）将热压烧结后的坯体挤压加工成型，制成所述石墨烯-锡基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐光，
申请(专利权)人：厦门圣之岛金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35