CN100488702C - 一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法 - Google Patents
一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100488702C CN100488702C CNB2006101130826A CN200610113082A CN100488702C CN 100488702 C CN100488702 C CN 100488702C CN B2006101130826 A CNB2006101130826 A CN B2006101130826A CN 200610113082 A CN200610113082 A CN 200610113082A CN 100488702 C CN100488702 C CN 100488702C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- welding
- alloy
- weight
- proportion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 74
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title abstract 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 219
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 122
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910000743 fusible alloy Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 229910005728 SnZn Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910007637 SnAg Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910008433 SnCU Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910020830 Sn-Bi Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 SnAgCu Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910006913 SnSb Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910018728 Sn—Bi Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000003892 spreading Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007480 spreading Effects 0.000 abstract description 7
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 49
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 15
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 12
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 4
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004455 differential thermal analysis Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910016334 Bi—In Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 1
- 229910020836 Sn-Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020888 Sn-Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020994 Sn-Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020988 Sn—Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019204 Sn—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009069 Sn—Zn Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000012387 aerosolization Methods 0.000 description 1
- 230000002929 anti-fatigue Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 1
- 238000010332 dry classification Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000010333 wet classification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法，属于电子焊料技术领域。该焊料是由两种或多种不同的合金粉或单质金属粉末通过机械均匀混合制备而成。该焊料在焊接及使用过程中具有抗塌陷能力强、焊点圆晕光亮、铺展效果好、制备工艺简单易行、制造成本低廉等优点。其更优的特点是焊接方便，可以采用统一的SMT焊接工艺，在焊接过程中不必改变原来焊料的焊接工艺路线和参数，可实现中/高温钎料的低温焊接，或进行梯度温度焊接，既而可实现低温焊料的中/高温应用，延长焊点的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种原位合金化型无铅焊料及其制备和应用方法。该焊料是由两种或多种在焊接过程中兼容性、亲和性良好的粉末的机械混合物，属于电子焊料的制造技术领域。
背景技术
重视环保、提倡绿色产品是当今世界经济发展的大趋势，电子产品的无铅化就是其中一项重大举措。当前已申请的有关无铅焊料的专利可以说铺天盖地，主要是被日本、美国、欧盟等国家占据，而我国电子产品无铅化技术的研究起步较晚，拥有自主知识产权的商业化无铅电子产品更是寥寥无几，为迎接全球同步焊接无铅化的浪潮，避开国际上已发展的无铅焊料专利壁垒，制定适合中国国情的无铅焊料发展战略已成为中国电子装配工业的当务之急。
当前三元或多元无铅焊料受专利保护的较多，而二元系合金，如Bi-In、Sn-Bi、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn等则不受专利限制。焊料中含有一种低熔点合金组分，在焊接温度较低时就熔化，而焊接温度未达到其中熔点较高的组分熔点时，该组分可以充当骨架，已熔化的低熔点成分靠毛细作用渗透到骨架中形成致密无缺陷的焊点，这样既可以避免低熔点焊料在焊接过程中塌陷造成的桥连，又可以提高焊点的强度及其导电导热性；当焊接温度达到或超过高熔点组分的焊接条件下，低熔点相熔化时先在固相颗粒周围扩展，然后原位合金化。
当前开发的已用无铅焊料合金均存在一定的问题，如：SnCu和SnAg焊料熔点较高，在SMT过程中增加了焊接难度，减小了焊接工艺窗口的宽度；而SnBi焊料的脆性较高限制了其在某些电子产品中的应用，其熔点的过低而导致在应用过程中抗热循环能力差(一般仅应用于40℃以下环境)也限制了它的应用；SnZn焊料尽管力学性能和熔点方面具有较强的优势，但其抗氧化和抗腐蚀性以及其润湿铺展性能方面一直是其应用的瓶径。因此，开发在焊接及使用过程中具有焊接温度低(接近于传统含Pb焊料)、润湿铺展性好、力学性能好、导电导热性好、焊点可靠性好等特点的无毒焊料，是当今焊料设计的焦点。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、具有较强的抗塌陷能力、有效减少虚焊现象发生、孔洞缺陷少的原位合金化型无铅焊料。
本发明的另一目的是提供上述原位合金化型无铅焊料的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采取以下的技术方案：
一种原位合金化型无铅焊料，其特征在于由两种或多种合金粉末或金属单质粉末组成；所述粉末中，至少一种粉末为熔点小于180℃的低熔点粉末，其重量所占比例为10-50％；其中熔点最高的合金粉末与熔点最低的粉末熔点之差在16-120℃以内。
一种优选技术方案，其特征在于：其中所述的合金粉末或金属单质粉末为粒度分布为：75～100μm粉末、45～75μm(2#粉)、38～63μm(2.3#粉)、20～63μm(2.5#粉)、20～54μm(2.7#粉)、25～45μm(3#粉)、20～38μm(4#粉)、0-25μm的合金粉末或金属单质粉末中的一种或几种的混合。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi合金粉；其余为SnZn、SnAg、SnCu、SnAgCu、SnSb、Sn粉末中的一种或多种。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低熔点合金粉末为Sn-Bi共晶或近共晶合金焊粉；其余的合金粉末或金属单质粉末为SnAg、SnCu、SnZn、SnAgCu、SnSb合金焊粉或纯Sn粉中的一种或多种。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉(按重量所占比例为10-50％)；其余为SnCu0.7焊粉(按重量所占比例为30-80％)和余量的纯Sn粉。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉(按重量所占比例为5-20％)；其余为SnAg3.5焊粉(按重量所占比例为30-80％)和余量的纯Sn粉。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉(按重量所占比例为8-25％)；其余为SnZn9焊粉(按重量所占比例为50-90％)和余量的纯Sn粉。
一种优选技术方案，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉(按重量所占比例为5-30％)；其余为SnAg3.5合金粉末(按重量所占比例为20-50％)；和余量的SnCu0.5焊粉。
进一步的，本发明原位合金化型无铅焊料的制备方法，该方法包括：首先，制备原位合金化型无铅焊料的单体—合金粉末或单质粉末两种或多种，其中低熔点粉末熔点小于180℃，其重量所占比例为5-50％；且熔点最高的粉末与熔点最低的粉末熔点之差在16-120℃以内；然后在粉末分级过程中或在粉末分级之后，在一定温度(0-30℃)和保护条件下(真空或Ar或N2保护)按重量配比搅拌、混合均匀，即得原位合金化型无铅焊料。
有益效果：
原位合金化型无铅焊料可以发挥不同组分的优势，实现优势互补，最终形成良好的焊接质量，它含有的低熔点组分降低了焊接温度，改善了铺展性能，其高熔点组分形成的骨架提高了焊点的力学性能和导电导热性，同时提高了抗塌陷能力，降低了焊接的桥连短路概率，延长了在较高温度使用下的使用寿命和抗疲劳性能。例如，SnBi焊料的熔点较低，但形成的焊点较脆；SnZn焊料的力学性能优良，但由于其成分中的Zn元素容易被氧化和更容易与基板Cu优先反应而降低铺展性能，当两种焊料合金粉通过机械混合以后，在焊接条件下SnBi组分优先熔化在基板上铺展，而后SnZn组分在液态的SnBi中原位合金化，降低了Zn直接与Cu基板结合的概率，提高了焊料的润湿性。此外，近两年贵金属(如Ag)的高位运行使得含银焊料的局限性更为突出，而本发明焊料可有效减少贵重金属(如Ag)的含量或完全替代含银焊料，有效节约了战略资源的消耗。
本发明提供的原位合金化型焊料最大的特点是可实现中/高温焊料的低温焊接，在焊接过程中不必改变原来含铅焊料的工艺路线和参数，主要是由于焊接过程中低熔点组分先熔化，释放一定潜热，对高熔点组分具有咬合作用，而当温度稍高过甚至未达到高熔点组分时，焊料即可熔化，对同一焊接工艺来说也相当于延长了润湿时间，因而不需要合金焊料那样高的过热度就可进行焊接。从而降低回流对元器件的高温副作用，也减少了虚焊现象的发生。
本发明的原位合金化型焊料再一优点是，制备简单，对于生产单位或公司来说，不必要按市场要求制备所有规格、含量产品，而只需生产若干单体粉末或合金粉末就能满足市场多规格、多品类的要求，这节约了生产单位或公司的库存成本，也提高了生产机动灵活性。
本发明原位合金化型焊料具有制备简单、库存方便等优点，具有较强的抗塌陷能力，从而可减少短路；也可根据不同的要求，选择不同的组分和含量，实现特殊的功能，充分发挥各自组分的优势。
下面通过附图和实施例对本发明进行详细说明。应该理解的是，所述的实施例仅仅涉及本发明的优选实施方案，在不脱离本发明的精神和范围情况下，各种成分及含量的变化和改进都是可能的。
附图说明
图1为本发明原位合金化型无铅焊料的制备工艺流程图；
图2为本发明典型原位合金化型无铅焊料与传统焊料的焊点铺展对比图；
图3为本发明实施例的原位合金化型无铅焊料的DSC差热分析曲线图；
图4为本发明原位合金化型无铅焊料的熔点随合金化时间变化规律曲线；
图5为本发明典型原位合金化型无铅焊料焊点剪切面金相照片。
具体实施方式
实施例1 50(SnBi58)—30(SnCu0.7)-20Sn焊粉的制备：
利用离心雾化或超声雾化或气雾化技术制备原位合金化型无铅焊料的单体粉末—SnBi58(熔点139℃)合金焊粉，SnCu0.7(熔点227℃)合金焊粉和单质纯Sn(熔点231℃)粉。采用氮气保护振动筛进行分级，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取SnCu0.7的3#(25～45μm)焊粉7.5g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉5g，在室温，充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例2 10(SnBi58)—80(SnCu0.7)—10Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的2.3#(38～63μm)焊粉2.5g，称取SnCu0.7的4#(20～38μm)焊粉20g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉2.5g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例3 17(SnBi58)—71(SnCu0.7)-12Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉17g，称取SnCu0.7的3#(25～45μm)焊粉71g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉12g，在零度的冷库中放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例4 20(SnBi58)—30(SnAg3.5)-50Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉5g，称取SnAg3.5(熔点221℃)的3#(25～45μm)焊粉7.5g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉12.5g，在30℃充氮条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例5 5(SnBi58)—80(SnAg3.5)-15Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的粗粉(75～100μm)1.25g，称取SnAg3.5的2.5#(20～63μm)焊粉20g，称取纯Sn的细粉(-25μm)3.75g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例6 6(SnBi58)—50(SnAg3.5)-44Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的2#(45～75μm)焊粉6g，称取SnAg3.5的2.7#(20～54μm)焊粉50g，称取纯Sn的2.3#(38～63μm)焊粉44g，在零度冷库中放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例7 8(SnBi58)—90(SnZn9)-2Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉2g，称取SnZn9的3#(25～45μm)焊粉(熔点199℃)22.5g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉0.5g，在0℃、充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例8 25(SnBi58)—50(SnZn9)-25Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉6.25g，称取SnZn9的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉6.255g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例9 10(SnBi58)—88(SnZn9)-2Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉10g，称取SnZn9的3#(25～45μm)焊粉88g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉2g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例10 30(SnBi58)—20(SnAg3.5)-50(SnCu0.7)焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉7.5g，称取SnAg3.5的3#(25～45μm)焊粉5g，称取SnCu0.7的3#(25～45μm)焊粉12.5g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例11 5(SnBi58)—50(SnAg3.5)-45(SnCu0.7)焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉1.25g，称取SnAg3.5的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取SnCu0.7的的3#(25～45μm)焊粉11.25g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例12 5(SnBi58)—50(SnAg3.0Cu0.5)-45SnSb5焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉1.25g，称取SnAg3.0Cu0.5(熔点217℃)的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取Sn Sb5(熔点235℃)的3#(25～45μm)焊粉11.25g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例13 5(SnBi56Ag2)—40(SnAg4.0Cu0.5)-50SnCu0.7Ni0.05-5Sn焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi56Ag2(熔点140℃)的3#(25～45μm)焊粉1.25g，称取SnAg4.0Cu0.5(熔点217℃)的3#(25～45μm)焊粉10g，称取SnCu0.7Ni0.05(熔点227℃)的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取纯Sn的3#(25～45μm)焊粉1.25g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例14 5(SnBi58)—50(SnAg3.8Cu0.7)-20SnZn8Bi3-25SnCu0.7P0.1焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉1.25g，称取SnAg3.8Cu0.7(熔点217℃)的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取SnZn8Bi3(熔点189℃)的3#(25～45μm)焊粉5g，称取SnCu0.7P0.1(熔点227℃)的3#(25～45μm)焊粉6.25g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
实施例15 5(SnBi58)—50(SnCu0.7Ni0.05Ge0.01)-40SnZn9Al0.01-5SnIn49焊粉的制备：
制粉及分级方法同实施例1，然后称取SnBi58的3#(25～45μm)焊粉1.25g，称取SnCu0.7Ni0.05Ge0.01(熔点227℃)的3#(25～45μm)焊粉12.5g，称取SnZn9Al0.01(熔点199℃)的3#(25～45μm)焊粉10g，称取SnIn49(熔点120℃)的3#(25～45μm)焊粉1.25g，在室温充氩条件下放入行星式球磨罐充分混合20min，储藏备用。
表1为本发明部分实施例的原位合金化型无铅焊料所用的单体粉末的组分及含量配方。
如图1所示，为本发明原位合金化型无铅焊料的制备工艺流程图：第1步，利用常规制粉方法(包括水、气、超声、离心等雾化技术或机械粉碎、化学反应技术等)制备原位合金化型无铅焊料的单体粉末—合金粉末或单质粉末；第2步，将粉末分级(包括：干法分级，如：普通丝网筛分、气体风选等；或湿法分级)；第3步，将分级好的、规定粒度分布的粉末按原位合金化型焊料的重量百分数计算和称量后放入专用混粉设备，进行混粉；为降低成本和环境对粉末的影响也可将第2步和第3步合并为第4步，即：在粉末分级过程中通过流量控制计控制单体粉末百分含量，按原位合金化型焊料的重量百分数直接将原位合金化型焊料的原始单体粉末进行混合；第5步：对原位合金化型焊料进行成分均匀性分析。
如图2所示，为本发明典型原位合金化型无铅焊料与传统焊料的焊点铺展对比图；从左至右依次为SnPb37、SnBi58、本发明实施例6#、10#。
按照日本JIS标准将0.2+0.001g焊料放在纯度为99.9％的紫铜板上，在250℃恒温电热板上保温90s，空冷后用数码相机拍摄。实验前，铜板用砂纸细磨，再用丙酮擦洗去除油污和在10％HCl中浸蘸5s去除表面氧化膜，再用去离子水充分冲洗，本试验所用焊剂为美国爱法公司的CR22LU型助钎剂。从图2可以看出：本发明所述原位合金化型无铅焊料较目前SnPn37具有相当的铺展性能，并且比SnBi58焊料的表面圆整、饱满。这说明本发明原位合金化型无铅焊料具有较好的铺展性能、较强的抗塌陷能力，从而使得本发明焊料具有良好的可焊性，并能够减少焊接短路的发生。
如图3所示，为本发明实施例的原位合金化型无铅焊料的DSC差热分析曲线图；本实验使用DSC2910差式扫描量热仪(TA Instru-ment)来测量合金的熔点，进行熔化温度分析，工艺参数按照日本JIS-Z3198标准测定。从中可以看出：本发明所述的三组分无铅原位合金化型焊料具有三个DSC吸热峰，且较其组分之一的熔点有偏移，这主要是由于焊料在熔化过程中受到其他组分的影响。这说明在SMT过程中，可使该焊料在回流温度曲线峰值温度前就部分熔化，目的是减少峰值润湿时间(即温度峰值高度)，从而降低回流对元器件的高温副作用，也减少了虚焊现象的发生；同时先部分熔化可以促进排除焊膏在焊接过程中形成的气体，减少焊点缺陷(如孔洞等)的发生。
如图4所示，为本发明原位合金化型无铅焊料的熔点随合金化时间变化规律曲线；由曲线可以看出，本发明所制备的复合焊料中低熔点组分经焊接后可明显降低高熔点组分的熔点，从而可实现低温封装焊接；而在焊料合金化处理后，熔点变化不明显，说明焊接后焊点的稳定性良好；同时，在快速冷却时可发现在DSC曲线前端有一小峰，证明原位合金化型焊料不同于一般的合金焊料。
如图5所示，为本发明17(SnBi58)—71(SnCu0.7)-12Sn原位合金化型焊料焊点剪切面金相照片，可以看出剪切自由面有很多小于1μm的强化质点，这也是原位合金化型焊料焊点强度较高的原因。
Claims (13)
1、一种原位合金化型无铅焊料，其特征在于包括两种或多种合金粉末或金属单质粉末；所述粉末中，至少一种合金粉末或金属单质粉末为熔点小于180℃的低熔点合金粉末或金属单质粉末，其重量所占比例为5-50％；其中熔点最高的合金粉末或金属单质粉末与熔点最低的合金粉末或金属单质粉末熔点之差在16-120℃以内。
2、根据权利要求1所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：其中所述的合金粉末或金属单质粉末为粒度分布为：75～100μm粉末、45～75μm、38～63μm、20～63μm、20～54μm、25～45μm、20～38μm、0-25μm的合金粉末或金属单质粉末中的一种或几种的混合。
3、根据权利要求1所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：其中所述低熔点合金粉末为Sn-Bi共晶或近共晶合金焊粉；其余的合金粉末或金属单质粉末为SnAg、SnCu、SnZn、SnAgCu、SnSb合金焊粉或纯Sn粉中的一种或多种。
4、根据权利要求3所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：其中所述无铅焊料的组成粉末中可选择的含有不超过0.5wt％的In、Ni、Ti、P、Ge、Ga、Al、Co、Mo、Fe或稀土元素之一种或多种。
5、根据权利要求3所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为10-50％；其余的合金粉末为SnCu0.7焊粉，按重量所占比例为30-80％，以及余量的纯Sn粉。
6、根据权利要求3所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为5-20％；其余的合金粉末为SnAg3.5焊粉，按重量所占比例为30-80％，以及余量的纯Sn粉。
7、根据权利要求3所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为8-25％；其余的合金粉末为SnZn9焊粉，按重量所占比例为50-90％，以及余量的纯Sn粉。
8、根据权利要求3所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为5-30％；其余的合金粉末为SnAg3.5合金焊粉，按重量所占比例为20-50％；以及余量的SnCu0.7合金焊粉。
9、根据权利要求4所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为10-50％；其余的合金粉末为SnCu0.7焊粉，按重量所占比例为30-80％，以及余量的纯Sn粉。
10、根据权利要求4所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为5-20％；其余的合金粉末为SnAg3.5焊粉，按重量所占比例为30-80％，以及余量的纯Sn粉。
11、根据权利要求4所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为8-25％；其余的合金粉末为SnZn9焊粉，按重量所占比例为50-90％，以及余量的纯Sn粉。
12、根据权利要求4所述的原位合金化型无铅焊料，其特征在于：所述低熔点合金粉末为SnBi58焊粉，按重量所占比例为5-30％；其余的合金粉末为SnAg3.5合金焊粉，按重量所占比例为20-50％；以及余量的SnCu0.7合金焊粉。
13、一种原位合金化型无铅焊料的制备方法，该方法包括：先将两种或多种合金粉末或金属单质粉末混合均匀，其中的低熔点合金粉末或金属单质粉末熔点小于180℃，其重量所占比例为5-50％；且熔点最高的合金粉末或金属单质粉末与熔点最低的合金粉末或金属单质粉末熔点之差在16-120℃以内；然后在合金粉末或金属单质粉末分级过程中或在分级后，在0-30℃和真空或Ar或N2保护条件下，按重量配比搅拌、混合均匀，即得原位合金化型无铅焊料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006101130826A CN100488702C (zh) | 2006-09-08 | 2006-09-08 | 一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006101130826A CN100488702C (zh) | 2006-09-08 | 2006-09-08 | 一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101138812A CN101138812A (zh) | 2008-03-12 |
| CN100488702C true CN100488702C (zh) | 2009-05-20 |
Family
ID=39191007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2006101130826A Expired - Fee Related CN100488702C (zh) | 2006-09-08 | 2006-09-08 | 一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100488702C (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101412159A (zh) * | 2008-11-24 | 2009-04-22 | 天津市宏远电子有限公司 | 热浸镀锡铜线用无铅焊料合金 |
| CN102240861B (zh) * | 2011-04-26 | 2013-07-03 | 重庆大学 | 梯度功能结构制造方法及设备 |
| CN104625466B (zh) * | 2015-01-21 | 2017-11-24 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种可以在低温下快速形成高温焊点的锡基焊料/铜颗粒复合焊料 |
| CN105070693B (zh) * | 2015-09-14 | 2018-04-17 | 北京科技大学 | 一种低温连接的耐高温封装连接材料及其封装连接工艺 |
| CN108620764B (zh) * | 2017-03-24 | 2022-03-08 | 苏州昭舜物联科技有限公司 | 低温软钎焊接用焊膏及制备方法 |
| CN109518019B (zh) * | 2018-10-12 | 2020-06-19 | 北京康普锡威科技有限公司 | 一种改性SnBi系亚共晶合金的方法及得到的合金 |
| CN110153589B (zh) * | 2019-06-17 | 2021-05-11 | 常熟理工学院 | 一种铟基钎料及其制备方法 |
-
2006
- 2006-09-08 CN CNB2006101130826A patent/CN100488702C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101138812A (zh) | 2008-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6912519B2 (ja) | はんだ組成物 | |
| CN100488702C (zh) | 一种原位合金化型无铅焊料及其制备方法 | |
| CN100537117C (zh) | 一种可变熔点无铅复合焊料和焊膏及其制备和应用方法 | |
| CN107999994B (zh) | 微米/纳米颗粒增强型复合焊料及其制备方法 | |
| JP5142999B2 (ja) | クリームはんだ及び電子部品のはんだ付け方法 | |
| CN101208173B (zh) | 无铅焊膏及其制法 | |
| US5833921A (en) | Lead-free, low-temperature solder compositions | |
| JP3761678B2 (ja) | 錫含有鉛フリーはんだ合金及びそのクリームはんだ並びにその製造方法 | |
| CN100462183C (zh) | 无铅抗氧化含稀土SnZn合金焊料及其制备方法 | |
| CN102066042B (zh) | 无铅焊料 | |
| CN100540206C (zh) | 焊锡及使用该焊锡的安装品 | |
| CN101348875A (zh) | 一种锡铋铜型低温无铅焊料合金 | |
| TW201702395A (zh) | 低溫高可靠性合金 | |
| CN101801589A (zh) | 车载电子电路用In掺入无铅焊料 | |
| WO2001089757A1 (en) | Variable melting point solders and brazes | |
| JP2024009991A (ja) | 鉛フリーはんだ組成物 | |
| WO2000048784A1 (en) | Lead-free solder alloy powder paste use in pcb production | |
| CN101780607A (zh) | 一种用于电子封装组装钎焊的无铅钎料及其制备方法 | |
| CN105033496B (zh) | 一种高强高导复合型无铅高温焊料及其制备方法 | |
| CN101024262A (zh) | 高强度高韧性含镍SnAgCuRE无铅钎料及制备方法 | |
| TWI343295B (zh) | ||
| JP6601600B1 (ja) | ソルダペースト | |
| Harris et al. | Alternative Solders for Electronics Assemblies: Part 1: Materials Selection | |
| CN1657225B (zh) | 超细微粒无铅钎料及其制作方法 | |
| CN110653516A (zh) | 用于焊接多级封装贴片元件的专用焊锡膏 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING COMPO ADVANCED TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING COMPO SOLDER CO., LTD. |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20101214 Address after: 100088, 2, Xinjie street, Beijing Co-patentee after: BEIJING COMPO ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: GENERAL Research Institute FOR NONFERROUS METALS Address before: 100088, 2, Xinjie street, Beijing Co-patentee before: BEIJING COMPO SOLDER Co.,Ltd. Patentee before: General Research Institute for Nonferrous Metals |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190731 Address after: 101407 Beijing city Huairou District Yanqi Park Economic Development Zone No. 6 street Patentee after: BEIJING COMPO ADVANCED TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100088, 2, Xinjie street, Beijing Co-patentee before: Beijing COMPO Advanced Technology Co.,Ltd. Patentee before: General Research Institute for Nonferrous Metals |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090520 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |