[发明专利]一种低熔点Sn-Zn-Bi-Mg系无铅焊料及其制备方法

说明书

本发明提供一种低熔点Sn‑Zn‑Bi‑Mg系无铅焊料及其制备方法。所述焊料，其合金成分包括低含量的锌、铋、镁等微量元素，余量为锡。所述制备方法包括以下步骤：1)将锌、铋、镁和锡原料真空封装，真空度在5Pa以下，然后冲入氩气；2)将上述封装好的锌、铋、镁和锡原料放入反应炉中熔炼热处理，热处理温度为400～600℃，保温时间至少24h以上，冰水淬火，再真空封装后在100～150℃下退火，即得到Sn‑Zn‑Bi‑Mg系无铅焊料。与含有贵金属Ag、Cu的SnAgCu系无铅焊接材料相比，本发明研制的焊料成本低廉，熔点低等优点。

技术领域

本发明涉及一种无铅焊接材料，具体为一种低熔点Sn-Zn-Bi-Mg系无铅焊料及其制备方法。

背景技术

电子行业的主要封装材料是锡铅合金，近年来随着人们环保意识的增强和对自身健康的关注，铅污染越来越受到重视。20世纪90年代，西方发达国家及日本率先开始了无铅焊料的研制，各国相继制定了限制铅产品的使用法令，电子封装行业对于无铅焊接提出了更高的要求。目前无铅焊料的研究和开发已经取得了很大的进展，有些已投入实际生产，但绝大多数无铅焊料都存在许多弱点，研制出性能接近锡铅合金的无铅焊料成为一个重要研究热点。

现今，在电子封装工艺中，使用的焊接材料依然是传统的Sn-Pb焊接材料(熔点为183℃)以及无铅的Sn-3wt％Ag-0.5wt％Cu(熔点217℃)焊接材料。然而出于对环境保护的考虑，锡铅焊料的使用受到了很多的限制。虽然无铅焊料无毒无害的特点符合环保行业的要求，其不足是：熔点比较高，应用最为广泛的SnAgCu系无铅的焊料的熔点约为217℃，比传统锡铅焊料高出近30℃，大大缩小了电子产品加工时的工艺窗口，对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤，容易导致平面基板弯曲变形；而且无铅焊料含有贵金属元素导致价格偏高，当电子行业时使用无铅焊料封装时，成本也会增加。所以，研制出焊接性能良好、价格优异的无铅焊料是焊接材料研究的热点方向。

发明内容

日本及欧盟给出了目前在几种不同焊接工艺中可替代锡铅焊料的最佳无铅焊料。

Sn-Ag-Cu系，熔点比一般的锡铅材料高，含有贵金属，成本比较高；

Sn-Cu系，熔点较高；

Sn-Ag-In-Bi系，In金属太贵，成本要求高；

Sn-Zn(-Bi)系，也是本发明属于的类别，Sn-Zn系焊料的熔点大致在198℃，原材料价格便宜，而且资源丰富，连接强度高，溶化温度区间(固相线和液相线的温度差)窄；本发明在Sn-Zn(-Bi)系的基础上又作出了改进，使得焊料的熔点更低，成本价格跟低廉，并继承了Sn-Zn(-Bi)系所有优异的机械性能。

本发明的目的在于提供一种无铅焊接材料及其制备方法，涉及一种金属合金，尤其是涉及一种适用于电子封装行业的低熔点Sn-Zn-Bi-Mg系无铅焊料及其制备方法。提供一种熔点约为184℃，原料成本低，制备工艺简单，周期短，可代替传统的SnPb焊料合金的无铅焊接材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种低熔点Sn-Zn-Bi-Mg系无铅焊料，其合金成分包括低含量的锌、铋、镁等微量元素，余量为锡。

本发明所述的无铅焊接材料的组成及其质量百分比含量优选为：锌为6.83％、铋为2.61％、镁为0.42％，其余为锡。

本发明所述的无铅焊接材料的组成及其质量百分比含量优选为：锌为7.94％、铋为1.18％、镁为0.42％，其余为锡。

本发明所述的Sn-Zn-Bi-Mg系无铅焊料的制备方法包括以下步骤：

1)将锌、铋、镁和锡原料真空封装，真空度在5Pa以下，然后冲入氩气；