[发明专利]一种SnAgSbNi系无铅焊锡合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种SnAgSbNi系无铅焊锡合金及其制备方法和应用，按重量百分比计，包含Ag 2.0‑4.0％、Sb 8.0‑12.0％、Ni 0.01‑0.1％，及微量元素P、Be、Ge、Ga、In、La、Ce中的至少一种，微量元素总量小于1％；余量为Sn。(1)本发明所述SnAgSbNi系无铅焊锡合金熔点介于235‑250℃之间，湿润性、铺展性较高，焊点的抗拉强度、抗蠕变、抗疲劳等综合性能较好；(2)能够有效减少锡焊料在使用过程中对电子元器件表面银层的熔蚀，实现在250℃左右的回流焊封装时先期熔点不熔化，提高产品合格率；(3)本发明所述SnAgSbNi系无铅焊锡合金能够将铅含量控制在100ppm以下，对环境友好；(4)本发明所述方法易于实现合金化，且成分均匀，无偏析现象发生。

技术领域

本发明属于电子材料合金领域，涉及电子元器件的焊接封装技术，具体为一种具有低溶银率高熔点的SnAgSbNi系无铅焊锡合金及其制备方法和应用。

背景技术

目前，全球焊料行业面临着严峻的技术挑战，电子产品无铅化技术经过这几年的发展已越来越成熟，压敏电阻热敏电阻等电子元件要求也越来越高，许多元器件封装的工艺温度在240℃以上，这就要求使用的锡焊料的熔点高于240℃，若使用的锡焊料熔点低会导致在后期进行包封工艺时破坏前期已经焊接好的焊点，由于锡的熔点为232℃，常规锡焊料熔点都在230℃以下，而唯一能在这个温度范围内使用的SnSb焊料的延伸率较低，导电性较差，在焊接时还会出现在电子元件表面焊锡面处银层被严重熔蚀的现象，从而影响焊接可靠性和产品质量。在SnSb中添加一定量的Ag元素，减小了焊接处元件表面的银原子的扩散驱动力，降低银原子在熔融的锡基焊料中的溶解速度，显著减少银熔蚀的同时，还增加了焊料的导电导热性能，提高了抗疲劳性能。通过添加微量的Ni元素能改善此焊料表面的结晶状态，细化晶粒，提高了焊接点的强度，另外通过前期研究发现添加一定量Ni元素可以减缓银在液态锡焊料中的溶蚀速度，同时提高焊料使用过程中的抗老化能力。通常使用的SnAg系、SnCu系、SnAgCu系等熔点相对较低，包封时先期焊点熔化淌出，成品率差，有铅高熔点焊料中含有对人体有害的铅元素，已经逐渐被禁止使用，所以目前都在寻找适合在这个温度范围内使用的无铅焊料。

目前研发、应用的高熔点无铅焊锡与工艺相关的性能问题：熔点要高，先期焊点能够在240℃的包封工艺后不被破坏，润湿性良好，对人体无毒性等。与可靠性相关的性能问题：导电、导热性要良好，抗拉强度、剪切强度、抗蠕变、抗疲劳性能良好；焊接材料尽量要与元器件、PCB、设备、助焊剂以及工艺条件等一系列的相关要素相适应，防止无铅焊料在使用过程中对元器件表面银层在焊接面处的熔蚀。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，满足对低溶银率高熔点无铅锡焊料的使用需求，获得一种防止电子元器件表面银层熔蚀，润湿性良好、焊点力学性能优良，本发明提供了一种SnAgSbNi系无铅焊锡合金及其制备方法和应用。

技术方案：一种SnAgSbNi系无铅焊锡合金，按重量百分比计，包含Ag 2.0-4.0％、Sb8.0-12.0％、Ni 0.01-0.1％，及微量元素P、Be、Ge、Ga、In中的至少一种，微量元素总量小于1％；余量为Sn。

优选的，所述SnAgSbNi系无铅焊锡合金按重量百分比计，包含Ag 3.0％，Sb10.0％，Ni 0.03％，P 0.02％，余量为Sn。

优选的，所述SnAgSbNi系无铅焊锡合金按重量百分比计，包含Ag 2.0％，Sb8.0％，Ni0.01％，P 0.02％，Be 0.01％，余量为Sn。

优选的，所述SnAgSbNi系无铅焊锡合金按重量百分比计，包含Ag 4.0％，Sb12.0％，Ni 0.03％，P 0.02％，Be 0.01％，Ge 0.01％，Ga 0.01％，余量为Sn。