[发明专利]一种Sn-Ag-Cu-CeO2低银无铅焊料

说明书

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，尤其涉及一种Sn-Ag-Cu- CeO₂低银无铅焊料。

背景技术

 《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020）》将“流程工业绿色化、自动化及装备”作为制造业领域的优先主题。环境安全型材料是流程工业绿色化的物质基础。当前，以电子电器设备中使用的含铅、汞、六价铬、镉、两类溴系阻燃剂等6类有害有毒元素材料为代表的一批基础材料，涉及人民生活衣、食、住、行、用等各个方面。在微电子封装工业中，铅锡合金一直以来作为电子产品的主要封接材料，在电子部件装配上占主导地位。然而，由于电子废弃物中的铅以及铅的化合物造成的环境污染日益严重，特别是对人类健康造成损害，许多国家已通过法律、法规限制或禁止使用含有毒有害元素材料的产品进入市场，如欧盟于2003年7月13日正式颁布WEEE/RoHS法令，明确要求其所有成员国必须在2004年8月13日以前将此法令纳入其法律条文中。因此，替代铅锡焊料，研发高可靠性无铅焊料，是保护生态环境、维护人民身心健康、支撑相关产业可持续发展的迫切需要。

目前，研究替代Sn-Pb共晶焊料的无铅焊料主要集中在Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Zn-Bi和Sn-Ag-Cu系等。其中，Sn-Ag-Cu系焊料是当前研究的热点，同时也是最具竞争力的无铅焊料之一。目前，国际上出现的Sn-Ag-Cu系无铅焊料种类很多，在众多的Sn-Ag-Cu系无铅焊料中，受到关注最多的是欧盟推荐的Sn-3.8Ag-0.7Cu、美国NEMI推荐的Sn-3.9Ag-0.6Cu和日本JEITA推荐的Sn-3.0Ag-0.5Cu。经过现有技术文献的检索发现，现有Sn-Ag-Cu系焊料，由于Ag含量较高而使焊料成本较高。同时，Ag含量的减少对无铅焊料性能有许多不良影响，如熔点升高、润湿性变差等。 并且容易形成粗大的脆性Ag₃Sn相，造成焊接接头可靠性降低和寿命下降等。

申请号为201310118978.3发明专利公开了一种纳米TiO₂颗粒强化复合无铅焊料，它以锡基微米无铅焊料为基体，添加纳米颗粒TiO₂进行强化，具体包括：无铅焊料98~99.5%，纳米TiO₂颗粒0.5~2%。虽然该发明与普通无铅焊料相比机械强度更高，抗疲劳性能更优异，但是该焊料熔点偏高、润湿性能不佳且价格较贵。以上问题如不加以解决，将会严重影响该系焊料的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高可焊性的Sn-Ag-Cu-CeO₂低银无铅焊料。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种Sn-Ag-Cu-CeO₂低银无铅焊料，包括下述质量百分比的各原料组分：CeO₂纳米颗粒0.01~0.8%，Ag 0.1~1.0%，Cu 0~2.0%，其余为Sn。

CeO₂纳米颗粒具有不易变形、硬度较高、耐磨、耐腐蚀的优点，其在Sn基焊料中有较好的润湿特性，与Sn基焊料充分混合后，CeO₂纳米颗粒可以诱发晶粒成核，同时由于表面吸附效应抑制晶粒的长大，提高焊料的机械性能；CeO₂纳米颗粒添加到低银Sn-Ag-Cu无铅焊料中，一方面降低了无铅焊料的生产制备成本；另一方面改善了低银Sn-Ag-Cu无铅焊料的可焊性，如降低熔点和提高润湿性，同时降低了界面金属间化合物颗粒的厚度，抑制了界面金属间化合物的生长，提高了焊接接头的可靠性。

优选地，所述CeO₂纳米颗粒的质量百分比为0.02~0.6%；

优选地，所述Ag的质量百分比为0.3%，Cu的质量百分比为0.7%。

所述Sn-Ag-Cu-CeO₂低银无铅焊料的制备步骤具体为：按配比将四种原料在真空或氮气保护下直接混合熔炼，直至所有材料全部融化。熔炼的最高温度以所有材料能够全部融化为准，否则会引起焊料的化学组成或金相组织不均匀，影响焊料的性能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明与普通低银无铅焊料相比，熔点降低、润湿角减小，并且界面金属间化合物厚度降低，极限拉伸强度提高，焊接性能更优异；

（2）本发明提供的焊料可以用于电子封装或组装中的各个焊接环节，特别适合于高密度电子封装，其应用领域广阔。

具体实施方式