[发明专利]Sn-Ag-Zn-Cr共晶无铅焊料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接材料技术领域的焊料，具体是一种Sn-Ag-Zn-Cr共晶无铅焊料。

背景技术

到目前为止，大量用于微电子封装及组装的焊料主要是传统的Sn-Pb系焊料。然而，电子产品、设备作为一般工业废弃物和生活垃圾被丢弃时，在自然环境中焊料中的Pb成分会溶解出来，侵入地下水，从而对环境和人类造成极大的危害。因此，近年来包括我国在内的许多国家纷纷制定或正在制定法律、法规，限制含铅物质的使用，用无铅焊料替代传统的Sn-Pb系含铅焊料已成为全球微电子制造领域不可逆转的大趋势，积极寻找无毒无害的新型焊料也成为了当前电子行业的重要任务。Sn-Ag-Zn系焊料作为较有潜力的焊料合金近两年来越来越受到研究者的关注。

相比目前最常用的Sn-Ag-Cu三元焊料，Sn-Ag-Zn三元焊料的成本和熔点与Sn-Ag-Cu焊料相当。经过对现有技术文件的检索发现，在《无铅焊接技术》(科学出版社，2004.7，第39页)中提到Sn-Ag-Cu系列焊料，该焊料除熔点偏高，价格较贵外，还存在着一些有待解决的问题。如在冷却速度较低或Ag焊料偏高的情况下，易形成粗大的脆性Ag₃Sn、Cu₆Sn₅相，造成脆性增加，延展性降低，疲劳强度下降。而在《The effects of third alloying elements on the bulk Ag3Sn formation in slowly cooled Sn-3.5Ag lead-free solder》(J Mater Sci：Mater Electron(2008)19：275-280)和其他一些文献中报道，Sn-Ag-Zn焊料可有效抑制脆性Ag₃Sn、Cu₆Sn₅相的生长，改善材料的力学性能和老化稳定性。但是根据文献《Effect of zinc additions on structure and properties of Sn-Ag eutectic lead-free solder alloy》(J Mater Sci：Mater Electron(2008)19：81-84)和文献《Effect of thermal ageing on(Sn-Ag，Sn-Ag-Zn)/PtAg，Cu/Al₂O₃ solder joints》(JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE：MATERIALS IN ELECTRONICS 9(1998)373-381)及其他一些文献报道，Sn-Ag-Zn焊料在抗氧化性能、润湿性、焊点初始强度和对不锈钢容器的腐蚀性上具有一定劣势。由于以上问题未得到解决，所以目前Sn-Ag-Zn焊料相对Sn Ag-Cu焊料不具备竞争优势。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种Sn-Ag-Zn-Cr共晶无铅焊料，能够提高材料的抗氧化性、耐腐蚀性，同时延展性、强度等机械性能得到改善，并且对不锈钢焊锡槽等的腐蚀作用明显减弱。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的组分及其质量百分比为：Cr为0.005-1％，Ag为3-5％，Zn为0.5-5％、调节型元素0.5％，余量为Sn。

所述的Cr的含量优选为0.01-0.8％，更进一步优选为0.02-0.5％。

所述的调节型元素为Ni、Ga、In或P中的任意一种。

本发明涉及上述Sn-Ag-Zn-Cr无铅焊料的制备方法，包括直接熔炼法和分布熔炼法，其中：

所述的直接熔炼法是指：将所述组分直接混合后熔炼制得到无铅焊料；

所述的组分为粉末状、粒状或块体状的金属元素；

所述的分布熔炼法是指：依次制备Sn-Cr合金、Ag-Cr合金、Zn-Cr合金、Sn-Zn-Cr合金和Sn-Ag-Cr合金，然后将上述合金与调节型元素混合后熔炼得到无铅焊料。

所述的熔炼是指：在真空、熔盐或惰性气体保护或还原气体保护的环境下进行熔炼。