[发明专利]一种无铅无锑强化焊料合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种无铅无锑强化焊料合金及其制备方法，按重量百分比计，包含以下组分：Bi：2%‑5%；Ag：3%‑5%；Cu：0.4%‑0.8%；Ni：0.001%‑0.5%；余量的Sn。本发明的焊料合金不含铅和锑，其中Bi、Sn、Ag、Cu和Ni增强第二相和细化晶粒强化高温力学性能，使得无铅无锑强化焊料能承受更高的载荷和环境温度；同时无铅强化焊料塑性、成型加工能力、润湿性能好，焊接空洞率低，熔点变化小，服役寿命更长，不需要改变现有焊接工艺，可替代性强。该制备方法以Sn‑Zr中间合金、Sn‑Cu‑Zr中间合金、ZrHsubgt;2/subgt;粉或Cu‑Zr中间合金来制备无铅强化焊料合金，降低了熔炼温度，避免Sn严重氧化，同时没有引入其他新的杂质，提高产品的质量，降低成本。

技术领域

本发明属于电子组装、封装和功率半导体封装技术领域，具体涉及一种无铅无锑强化焊料合金及其制备方法。

背景技术

随着电子产品广泛性应用，电子产品的可靠性受到人们的重视，特别是航空、航天、军事、监控、金融、通信等领域，一旦发生故障失效，将造成巨大的损失。电子封装领域集成电路产业要求承担电、气、热、力的焊点尺寸越来越小，封装密度越来越高，并且能在更高频率的功率循环、更高的振动水平、高湿度、更严酷的温度循环和更高的温度环境服役。传统的SAC305是一种无铅钎料合金，含有96.5％的锡，3％的银和 0.5％的铜。现有国外的SAC305强化钎料合金，具备有高抗拉强度，但却牺牲了塑性和润湿性。其中钎料合金的润湿性影响着焊接空洞率，焊接空洞率高时，焊点剪切强度变低，进而影响焊点高温蠕变寿命，因此钎料合金不仅需要抗拉强度高，还需要较好的润湿性。因此SAC305钎料合金的力学性能尚未符合行业越来越苛刻的要求。

虽然现有的Sn-Pb焊料以价格低廉，润湿性能优异等优点得到广泛应用，但Pb以及含Pb化合物具有毒性，因此，自 2006 年 7 月 1 日起，美国环境保护署报废的电子电气设备（WEEE）指令和欧盟限制某些有害物质（RoHS）分别禁止了含铅电子产品。另外在封装焊接冷却速率较慢的某些特殊应用场合，由于Sb的加入可能会造成SnSb相的比重偏析，形成粗大的SnSb相，同时也会影响焊料成型能力及润湿性、热膨胀系数等性能，反而影响电子产品封装可靠性，因此，研究无铅且无锑的新型焊料合金迫在眉睫。

评估电子器件可靠性，在前期封装环节验证往往采用加速试验，在更高频率的功率循环、更高的振动水平、高湿度、更严酷的温度循环和更高的温度环境，来估计寿命或确定薄弱环节，其中最典型和重要的加速试验为加速温度循环试验。已经证实，如果加载速率足够慢以发生蠕变变形，那么无铅焊料在接近或高于 0.5倍的熔点温度下的蠕变变形行为起着非常重要的作用。蠕变响应可以被认为是焊点使用中的主要变形。因此，在焊料开发中，蠕变性能的评价对焊点可靠性起到决定性作用。

因此为了满足日益增长的对焊料合金的性能要求和满足基于环境或健康上的要求，亟需一种强化的高蠕变性能的无铅无锑焊料合金来满足电子组装、封装和功率半导体封装的高可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种无铅无锑强化焊料合金,该焊料合金不含铅，且其焊接组成的焊点具有较长的蠕变寿命，不牺牲润湿性、成型能力，适合企业大规模生产的特点。

本发明的第二个目的是为了提供一种上述一种无铅无锑强化焊料合金及其制备方法。

实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种无铅无锑强化焊料合金，按重量百分比计，包含以下组分：

Bi：2%-5%；

Ag：3%-5%；

Cu：0.4%-0.8%；

Ni：0.001%-0.5%；

Zr：0.001%-0.5%；

和Sn：91.2%-94.598%；