[发明专利]锡铋银系无铅焊料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无铅电子封装技术，特别是涉及一种锡铋银系低成本高性能无铅焊料。

背景技术

进入21世纪以来，随着电子工业的持续高速发展和电子垃圾问题的日益严重，电子工业中的绿色制造问题愈来愈受到关注。各国政府基于社会公众利益和舆论而制定的各种涉及绿色电子制造和绿色电子产品的法规和条例，对“绿色”进程起着决定推动作用。其主要包括绿色电子设计、绿色电子材料、绿色电子封装及工艺等，而这其中非常重要也是当前研究最多的就是绿色电子封装材料，也即电子封装材料的无铅及无卤化问题，禁止使用具有毒性的重金属“Pb”已经成为关注的焦点。绿色电子封装材料主要包括替代传统含铅钎料的无铅钎料及配套钎剂、无铅焊膏及导电胶等。目前针对于无铅钎料的研究较多，因为它是实现电子封装“绿色化”的关键。

目前各国研究的焦点都集中于Sn-Ag-Cu合金，尤其是共晶合金以焊料润湿性好，强度和塑性高，具有优良的耐热疲劳特性，是目前最被看好的用以替代Sn-37Pb焊料的无铅焊料。但是Sn-Ag-Cu合金具有较高的Ag含量，而银的高价格直接导致了焊料生产成本的增加，产品竞争力下降。所以开发一种低银含量的，但又能维持高性能的焊料合金，可满足市场应用的无铅焊料成为当务之急。

发明内容

本发明目的是提供低成本高性能的锡铋银系无铅焊料，该焊料由于银含量较低所以降低了生产成本，但其性能仍可满足工业应用要求，其制备方法简单。

为了减少由于Ag含量的下降所导致的性能下降问题，本体系合金中将引入元素Bi。这是因为Bi能使合金的熔点降低，提高合金的硬度、抗拉强度及屈服强度，改善焊料合金的润湿性能。

本发明是通过下述技术方案加以实现的：

本发明的锡铋银系无铅焊料，其中焊料的组分和质量百分含量纯度为99.99％的锡铋银的质量比为98.9～93∶1～5∶0.1～2。

本发明的锡铋银系无铅焊料，还可以加入0-2的锌、0-2的铜、0-1的铝、0-1的铟、0-1的稀土元素、0-1的镓或0-1磷的至少一种或几种。加入上述细化组织、更能够提高性能，增加润湿性和抗氧化性。

本发明的锡铋银系无铅焊料的制备方法，将原料按比例配备，在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到500-1300℃熔化，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固；再将合金翻转后重新加热到300-600℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少五次。

其中稀土元素以预配好的锡稀土中间合金的形式加入。

本发明的部分成分的无铅焊料光镜照片如图1-5所示。

本发明优点是在保证其工业应用的前提下，低银含量的焊料合金具有较低的产品成本，本合金具有较低的熔化温度(如图6所示)。

Sn-Bi-Ag系焊料合金具有较低的熔点，最低达到200℃左右，较高的显微硬度，最高达到50HV左右，较高的拉伸强度而又不损失延展性，最大拉伸强度达到75MPa左右，而且Ag的含量较低，控制在2％以下，大大降低了Ag含量过高带来焊料合金成本较高的问题，Ag的原材料价格约为Sn和Bi的30倍。以这种高性能焊料合金为研究对象，使其满足工业应用要求，具有良好的发展前景。

附图说明

图1：实施例1的Sn-1％Bi-0.1％Ag焊料合金的显微组织；

图2：实施例2的Sn-5％Bi-2％Ag焊料合金的显微组织；

图3：实施例3的Sn-2％Bi-0.5％Ag-2％Zn-0.1In焊料合金的显微组织；

图4：实施例4的Sn-1.5％Bi-0.3％Ag-0.1％Ce-0.1P-0.1Ga焊料合金的显微组织；

图5：实施例5的Sn-3％Bi-1％Ag-1.5％Cu-0.01％Al焊料合金的显微组织

图6：Sn-x％Bi-0.3％Ag-0.9Zn％(x＝1、2、3和4)焊料合金的熔点。

具体实施方式

实施例1

将纯度为99.99％的锡、铋、银按质量比为98.9∶1∶0.1在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1100℃熔化，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固。再将合金翻转后重新加热到500℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少四次得到Sn-1％Bi-0.1％Ag无铅焊料。其显微组织如图1所示，颗粒为Ag₃Sn相。

实施例2