[发明专利]一种LED用低成本无铅焊料合金粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED用低成本无铅焊料合金粉末及其制备方法，特别涉及一种LED用SnZnBiCu-X无铅焊料合金粉末及其制备方法，属于软钎料及应用技术领域。

背景技术

Sn-Pb合金焊料因铅及其化合物给环境带来毒害，在欧盟两个指令实施后在电子产品领域已经逐渐退出。现有技术中LED封装主要用SnPb36Ag2焊粉配合NC-SMQ92J焊剂或SnPb37焊粉，甚至有些领域为降低原料成本而采用SnPb45焊粉。随着我国LED行业的不断发展壮大，开发可用于替代Sn-Pb系焊粉的高性能低成本无铅环保焊料是我国LED行业目前面临的重要课题。当前LED开始无铅化后，多采用Sn-Ag-Cu(SAC305、SAC0307)系焊粉，因Sn-Ag-Cu系无铅焊粉熔点高，导致焊接温度冲击易烧坏LED芯片，并且现有无铅焊料原料成本大幅攀升很难在LED行业广泛应用，严重制约了我国LED产业的无铅化发展。因此Sn-Zn系无铅焊粉具有广阔的前景。

Sn-Zn系无铅焊粉，由于其熔点接近Sn-Pb系，具有良好的机械强度，与现有焊接设备和工艺有良好的兼容性，且资源丰富、成本低廉，是最有前景的低成本环保型无铅焊料。但目前Sn-Zn系焊粉存在的主要问题是其润湿性相对较低，抗氧化、抗腐蚀性较差，因此当前主流的Sn-Zn系无铅焊粉主要为Sn-Zn-Bi-In、Sn-Zn-Bi-Ag、Sn-Zn-Bi-RE(稀土元素)系列，但是这些合金系列中添加元素如In、Ag、RE(稀土元素)价格昂贵，大大增加了原料成本，严重制约了LED行业的发展。

CN101380700A公开了SnZnBiCu无铅焊料合金体系，其有低成本、良好的力学性能及润湿性能等优点。本发明在此研究基础上通过改变Zn含量，并添加了Ni、Al、Cr、Ti元素进一步提高了焊料合金的抗氧化性、力学性能及抗腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种用于LED封装的新型低成本SnZnBiCu-X无铅焊料合金粉末。使其在保持Sn-Zn-Bi原有的低熔点、良好润湿性等优点的基础上，明显改善其抗氧化性、抗腐蚀性及机械性能，同时进一步提高其润湿性。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种LED用低成本无铅焊料合金粉末，该无铅焊料合金粉末包含Zn、Bi、Cu和Sn，其重量百分比组成为：Zn为6.5-9.5％，Bi为1.0-3.0％，Cu为0.5-1.0％，其余为Sn。所述的无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于80ppm。

所述无铅焊料合金粉末还包括Ni，所述Ni重量百分比为0.5-5％。

所述无铅焊料合金粉末还包括Al，所述Al重量百分比为0.5-1％。

所述无铅焊料合金粉末还包括Cr，所述Cr重量百分比为0.25-1％。

所述无铅焊料合金粉末还包括Ti，所述Ti重量百分比为0.2-2％。

本发明的另一目的是提供一种制备LED用低成本无铅焊料合金粉末的方法。

一种LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

1)按照重量百分比配料，将原材料放入感应炉坩埚中；

2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，然后充入惰性保护气体；

3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼；

4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末；

5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。

步骤1)中，所述的原材料为金属Sn、Sn-10Cu中间合金、Sn-5Ni中间合金、Sn-6Al中间合金、Sn-5Cr中间合金、Zn-3Ti中间合金和/或金属Bi；所述的感应炉坩埚采用石墨坩埚。

步骤2)中，对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10^-2-1×10^-1Pa；充入惰性保护气体(氩气或氮气)后，熔炼室压力为0.5MPa以下。

步骤4)中，所述的雾化温度为合金液熔点以上30-100℃，合金液流量为60-150kg/h，雾化气体(氩气或氮气)压力为3.5-6.7MPa，雾化气体气流速度为400-1300m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴；合金粉末的冷凝速率为10⁴～10⁵K/s。

本发明LED用无铅焊料粉末的制备方法，得到的无铅焊料合金粉末为球形。