CN100467191C - 一种新型高温无铅软钎料 - Google Patents
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Abstract
一种新型高温无铅软钎料的制作方法，其按照原料配比锑Sb：8-20%；铜Cu：3--7%；其余为锡Sn的重量百分比称重，将上述原料按成分比例配好，放入工业用非真空感应炉或真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金；合金熔点在250～320℃之间，力学性能优于相应的高铅钎料，铺展性能满足钎焊使用要求。
Description
技术领域：
本发明涉及电子封装与组装等钎焊焊料技术领域，一种新型高温无铅软钎料。
背景技术：
随着人们环境保护意识的增强和SnPb合金材料的负面影响日渐突出，欧盟(EU)已通过了电气电子设备废弃法令(WEEE)，并明确宣布：自2006年7月1日起电气电子产品必须实现无铅化。中国也拟订了《电子信息产品生产污染防治管理办法》，规定电子信息产品制造者应当保证，自2003年7月1日起实行有毒有害物质的减量化生产措施；自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯(PBB)或者聚合溴化联苯乙醚(PBDE)等有害物质，因此无铅化已经成为电子产品发展的必然趋势。
经过20多年的研究，无铅中温钎料已经相对成熟。由于结构形式和使用要求等方面的差异，有些电子产品或某些器件不适合用中温钎料来钎接，例如，在半导体器件组装过程中，绝缘基片及芯片与引线的钎接及外壳封装钎焊等各种芯片的封装，厚膜电路的连接组装等，这些工序位于线路组装的前道工序，所用连接用钎料在下一道工序中不能熔化，因此需要在两次钎焊过程中分别使用较高熔点和较低熔点的软钎料。目前高温钎料主要沿用传统的铅基钎料和金基钎料。
铅基钎料合金是金、银、锑、锡等金属与铅形成的共晶合金，熔点在250-360℃，铅钎料能生成脆性的金属间化合物，一般比较软，可吸收由于芯片与基板之间的热膨胀不匹配而引起的应变.若钎焊接头经受多次热循环，就会在钎料的晶界处发生应变积累，以致产生微裂纹而导致热阻的增加，最终引起疲劳破坏。所以铅基钎料不能用在对连接强度要求高的地方。
金基钎料也是常用的。在晶体管生成工艺中，通常采用Au-25Sn，其熔点280℃，Au-30Si，熔点在370℃，Au-26Ge熔点350℃共晶体系作钎料。由于Au-Sh形成AuSn4金属间化合物，该化合物很脆，严重影响其服役的可靠性，同时钎料成本大大提高。
目前，国内对高温软钎料的研究很少，随着电子产品无铅化进程的加速发展，研究和开发无铅高温软钎料专利产品势在必行，这对发展我国电子行业，提高我国电子产品竞争力具有十分重要的意义。
发明内容：
为了适应电子工业的进一步发展，克服现有技术中两种材料之间在保证是欧姆接触。电气可靠性、机械可靠性和成本要尽可能降低存在的问题，本发明的目的是提供一种新型高温无铅软钎料，来替代相应高铅钎料，以适应不断发展的电子工业的各种技术、环境和人为要素的要求。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
该新型高温无铅软钎料，其原料组份为：锑Sb：8—20％；铜Cu:3--7％；其余为锡Sn；其合金熔点在250～320℃之间，力学性能优于相应的高铅钎料，铺展性能满足钎焊使用要求。
将上述原料按成分比例配好，放入工业用非真空感应炉或真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金；
将上述原料按成分比例配好，在真空冶炼炉中冶炼，浇铸即可得到焊料合金。
具体实施方式一：
制作高温无铅软钎料合金时，采用的百分比(重量)为：
将原料锑：20％；铜：3.2％；锡：76.8％，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金；
具体实施方式二：
将原料锑：18％；铜：3.28％；锡：78.72％，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金
具体实施方式三：
将原料锑：9.7％；铜：3.0％；锡：87.32％，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金
具体实施方式四：
将原料锑：20％；铜：0.01％；锡：79.9％，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金
具体实施方式五：
将原料锑：0.01％；铜：4.0％；锡：95.9％，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在压下，850℃-900℃的温度保温1-2小时，浇铸即可得到焊料合金
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：
本发明新型高温无铅软钎料无毒、无污染，能够替代目前广泛应用的高铅钎料或价格昂贵的Au基钎料，满足当前高温电子封装需要。
其达到的技术指标：
| 合金编号 | 熔点(℃) | 铺展面积(mm<sup>2</sup>) | 润湿角(°) | 剪切强度(MPa) | 钎焊接头蠕变寿命(分钟) |
| 1 | 242/262 | 64.5 | 20.2 | 32.2 | 4348 |
| 2 | 242/267 | 63.6 | 21.1 | 34.9 | 5210 |
| 3 | 242/268 | 56.9 | 19.7 | 38.5 | 7871 |
| 4 | 237/315 | 58.5 | 19.7 | 27.8 | 2987 |
| 5 | 229/250 | 72.5 | 15.2 | 37.8 | 6258 |
而与该无铅软钎料相比较，其熔点在270℃的高铅钎料，其强度约27MPa，铺展面积约98.7mm2，润湿角：9.46°；钎焊接头蠕变寿命条件：50℃，11.27MPa。SnPb钎料的蠕变寿命：1251分钟。
Claims (3)
1、一种新型高温无铅软钎料的制备方法，其按照原料配比锑20％，铜3.2％，锡76.8％的重量百分比称重配比，放入工业用非真空感应炉或真空感应炉中冶炼，在常压下，850-900℃的温度保温1-2小时，浇铸得到焊料合金，合金熔点在250-320℃之间。
2、一种新型高温无铅软钎料的制备方法，其按照原料配比锑20％，铜0.01％，锡79.9％的重量百分比称重配比，放入工业用非真空感应炉或真空感应炉中冶炼，在常压下，850-900℃的温度保温1-2小时，浇铸得到焊料合金，合金熔点在250-320℃之间。
3、一种新型高温无铅软钎料的制备方法，其按照原料配比锑0.01％，铜4.0％，锡95.9％的重量百分比称重配比，放入工业用非真空感应炉或真空感应炉中冶炼，在常压下，850-900℃的温度保温1-2小时，浇铸得到焊料合金，合金熔点在250-320℃之间。
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