[发明专利]一种取代锡铅钎料的Sn-In-Ag无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅钎料，它可应用于电子和微电子封装领域的波峰焊、回流焊和手工焊，这种钎料可直接取代传统的锡铅钎料。

背景技术

一直以来，锡铅钎料被广泛应用。随着环保要求的提高，世界各国开始提倡采用无铅钎料。2006年7月1日，欧盟同时实施WEEE和ROHS规则，对含铅钎料的使用实行限制。我国于2007年3月开始限制使用含铅钎料。在替代Sn-37Pb钎料的无铅钎料类中，Sn-Ag-Cu(SAC)系钎料为世界所公认。然而，Sn-Ag-Cu系钎料的熔点比传统的Sn-37Pb钎料高30多度，因此，工艺温度也随之上升，这是业界不希望的。

电子工业中，需要较低温度组装的表面元件成为实行钎料无铅化的障碍，为解决这一课题，必须开发与传统Sn-37Pb钎料熔点相当甚至更低的无铅钎料技术和材料。可以实现低温安装的焊接材料有Sn-Zn系、Sn-In系和Sn-Bi系等。在各种候选无铅合金中，锡（Sn）基本上都被用作基底金属，而通常与锡配合使用的其他金属包括银(Ag) 、铟(In)、锌(Zn)、锑(Sb)、铜(Cu)及铋(Bi)。之所以选择这些材料，是因为它们与锡组成合金时一般会降低熔点，得到理想的机械、电气和热性能。其中，铟是降低锡合金熔点的最有效成分。含铟的合金钎料系列，其因熔点低、抗疲劳和延展性优良、导电性高、焊点强度高、可靠性好，尤其是对陶瓷、玻璃等非金属具有良好的润湿性，目前已成为微电子组装的主要钎料之一。

US 5938862公开了在含有2.3wt%银和1wt%铜的情况下具有8-10wt%铟的SAC软钎料，其熔点大幅下降且韧性增强。

WO 03/051572Al公开了含铟0.8-1.2wt%的SAC无铅软钎料，能避免形成锡的枝晶并且在熔融之后能保证钎料表面的光滑与均质，且钎料具有较高的交变荷载强度。

WO 97/43456针对在汽车领域由于温度变换而引起的材料疲劳问题，开发的无铅软钎料，其含68.2-91.8wt%锡，3.2-3.8%银和5-5.5%铟。

尽管以上三种钎料具有优异的性能，但熔点仍高于Sn-37Pb钎料。

发明内容

本发明在于要解决当今世界公认的替代传统Sn-37Pb钎料的Sn-Ag-Cu(SAC)系无铅钎料熔点高，不利于电子元件低温组装，以及普通无铅钎料钎焊的工艺、力学性能差的问题，为此提供一种取代锡铅钎料的Sn-In-Ag无铅钎料，这种钎料熔点与Sn-37Pb的相当，并且具有良好钎焊工艺性能和力学性能，无毒无污染。

为解决上述问题，本发明的无铅钎料采用的技术方案其特殊之处是以所述钎料总重量为基准由以下组分构成：In 8~35%，Ag 0.1~5%，Bi 0.01~3%，Sb 0.01~3%，Cu 0~1%，Ni 0.01~0.2%，P 0.0005-0.1 %，X 0.0005-0.1 %，Sn 余量，X 为Ga、Ge、混合稀土中的一种或任意几种的组合。

本发明优选是：In 10-20%，Ag 2-4 %，Bi 0.5-2.5%，Sb 0.5-2%，Ni 0.02-0.2 %，P 0.001-0.02 %，X 0.001-0.02 %。

本发明Sn-In-Ag无铅软钎料的制备方法：按比例将Sn-Ag中间合金， Sn-Ni中间合金, Sn-Bi中间合金，Sn-Sb中间合金与In锭，Sn锭放入真空熔炼炉或非真空熔炼炉，在400-500℃熔炼0.5-1h, 然后将Sn-P中间合金， Sn-X中间合金加入到熔炼炉中，出炉前充分搅拌，制备出所需的钎料合金。

本发明的Sn-In-Ag无铅软钎料合金熔点与Sn37Pb接近，其抗拉强度不小于40MPa。

本发明制备时被制成钎料母合金或者钎料块、焊条、焊丝、焊球、焊粉、焊膏中的任何一种或多种，应用于电子和微电子组装领域。

本发明的一种Sn-In-Ag无铅软钎料合金无毒、无污染，成本低，抗氧化性强，综合性能好，满足波峰焊、回流焊和手工焊等焊接要求。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

1.本发明新型合金的熔点较低，可利用现有有铅工艺设备进行电子组装。

2.本发明Sn-In-Ag无铅软钎料中添加了Cu,降低了熔点，提高了钎料的强度，减少了熔铜率。

3.本发明Sn-In-Ag无铅软钎料中添加微量的P作为钎料的抗氧化剂，钎料的抗氧化性得到明显的提高。

4.本发明Sn-In-Ag无铅软钎料中添加了Bi ，降低了钎料的熔点，改善了钎料的润湿行为，提高了钎料的抗拉强度。