[发明专利]新型低熔点无铅焊料

说明书

技术领域

本发明涉及合金焊料，尤其涉及一种适合波峰焊和回流焊的新型低熔点无铅焊料。该焊料不含铅，熔点低，在减少焊接能量的同时，还满足高性能焊料要求的焊接性能、机械性能、电气性能等的要求。

背景技术

以往的传统焊料是锡铅系焊料，因为熔点低、可焊性能优异，且成本低廉，在以往被大量使用。随着电子技术的迅速发展，电子产品更新换代的时间日渐缩短，从而产生大量的电子产品废弃物。从被拆卸丢弃的电子产品中去除的印刷电路板，通常被切碎埋在地底下。如果雨水渗入到地底，接触到被埋藏的电子线路板，锡铅焊料中的铅就会以离子状态分离出来，进入河流、湖泊等，污染水源。如果长期饮用含有铅的水，铅就会沉积在体内，最终导致铅中毒。因此，美国、日本、欧盟和中国先后颁布了禁铅法令，禁止电子产品中使用有铅焊料。所以，需要大力发展不含有铅的焊料，即无铅焊料。

当前业界比较认可的无铅焊料主要是Sn-Ag-Cu系和Sn-Bi系，尤以前者为代表。因为Sn-Ag-Cu系合金焊料容易获得，技术问题较少，与传统焊料的相容性好，焊点的可靠性高。但是应用Sn-Ag-Cu系合金焊料完全取代锡铅系焊料是不现实的，除去成本因素，最主要的是Sn-Ag-Cu系焊料的熔点高于锡铅系焊料，导致焊接温度上升。

对于波峰焊来说，管理好锡浴和反应状态，确保焊料的润湿性就可以了；但是在回流焊中，焊料熔点上升对焊接工艺温度影响巨大。假设元器件被限制的组装温度上限是260℃，由于Sn-Ag-Cu系共晶焊料的熔点是217℃，Sn-Pb系共晶焊料的熔点是183℃，因此Sn-Ag-Cu系焊料的封装工艺设定比传统的Sn-Pb系焊料窄44％，意味着使用Sn-Ag-Cu系无铅焊料合金对焊接设备、电子元器件以及基板材料的耐热性能等一系列系统化的工程提出了挑战。随着电子产品的轻、薄、短、小化发展趋势，回流焊焊接的应用比例日益提高，使用Sn-Ag-Cu系无铅焊料的挑战变得更加严峻。同时，无铅焊料焊接过程的高能耗会导致排放到大气中二氧化碳浓度增加，加剧温室效应，引起一系列的环境破坏。

综上所述，降低无铅焊料的熔点问题变得突出，新型的低熔点无铅焊料的研发需要被提上日程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型低熔点无铅焊料，解决目前无铅焊料熔点较高，回流焊时难度较大，不适合电子产品的轻、薄、短、小化发展趋势，而且能耗较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

新型低熔点无铅焊料，其特征在于，所述新型低熔点无铅焊料的化学成分的质量百分比为：0.3-3.5％的Ag，0.3-0.7％的Cu，0.8-6.0％的Bi，0.1-0.6％的Ni，0.01％-0.15％的稀土金属，余量是Sn。

优选的技术方案中，Ag的质量百分比是0.5-3.0％。

优选的技术方案中，Cu的质量百分比是0.4-0.6％。

优选的技术方案中，Bi的质量百分比是1.0-5.0％。

优选的技术方案中，Ni的质量百分比是0.3-0.6％。

优选的技术方案中，所述稀土金属为包括Re和Ce的混合稀土金属。

进一步优选的技术方案中，所述混合稀土金属的质量百分比是0.04-0.1％。

本发明的有益效果是：

采用了本发明技术方案的新型低熔点无铅焊料不但成本低廉，具有润湿性、焊点可靠性、铺展性、抗热冲击性等优异的性能，最为重要的是熔点较低，这样不仅能降低回流焊的难度，非常适合目前电子产品轻、薄、短、小化发展趋势，而且有利于节能减排、降低能耗。

下面对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

本具体实施方式提供的一种新型低熔点无铅焊料，其化学成分的质量百分比为：0.3-3.5％的Ag，0.3-0.7％的Cu，0.8-6.0％的Bi，0.1-0.6％的Ni，0.01％-0.15％的稀土金属，余量是Sn。

我们发现，在Sn-Ag-Cu系无铅焊料中添加元素Bi，可以降低焊料的熔点，减少表面张力；同时，Bi的加入还减缓了Sn和Cu的反应速度，使焊料的润湿性变得更好。但是在合金中大量的使用Bi，对合金的机械性能影响较大，易产生偏锡，使合金的界面层不稳定，最终导致焊点的可靠性变差。因此，合金中的Bi含量不能过高，0.8-6.0％是一个比较合适的比例，而优选的技术方案中，1.0-5.0％是一个更加合适的比例。