CN101209516B

CN101209516B - 无铅焊料、焊接接合产品及电子元件

Info

Publication number: CN101209516B
Application number: CN2006101309681A
Authority: CN
Inventors: 龙坦桐; 久里裕二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: KR100829465B1; DE102006061636A1; KR20070069069A; US20070178007A1; CN101209516A; JP2007196289A

Abstract

本发明提供一种无铅焊料，其具有良好的抗氧化性能，并能容易并良好地进行塑性加工。该无铅焊料及无铅焊料成形制品可提供焊接接合制品，特别是电子部件，其有很高的可靠性，例如，机械强度和连接强度。本发明还提供用该无铅焊料连接而成的焊接接合产品及电子部件。

Description

无铅焊料、焊接接合产品及电子元件

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料、利用无铅焊料连接而制造的的焊接接合产品和电子元件，所述无铅焊料具有良好的抗氧化性、机械性能和润湿性并易于被塑性加工。

背景技术

近年来，出于对全球的环境保护人们越来越关注环境问题。在这种境况下，工业废品丢弃数量的增加成为严重的问题。所使用的焊料，例如，包括在工业废品中的电力控制计算机的基板、家用电器和个人电脑中包括在工业废品中使用焊料。有害的重金属，如铅有时从这些焊料中流出。例如，当焊料流出时，铅作用于酸雨等产生含铅的水溶液，而且水溶液常会渗入地下水。

在日本，于1998年制定了家用电器再循环法，并在2001年对家用电器要求回收废弃制品。在欧洲，自2004年开始，由欧洲议会和电气与电子设备废弃物委员会的指令已经禁止作为特殊物质的铅的使用。这样，有关铅使用的法律规定已经更严格，无铅焊料的发展已是迫切需要(参见，例如，非专利文献1)。

焊料在机械地和电子地连接多个在包括热循环、机械冲击、机械振动等严峻环境下使用的组成元件中起到重要的作用。并且在无铅焊料中，要求具有与传统锡(Sn)-铅(Pb)焊料近似的熔点、具备良好的机械性能、润湿性和足够好地成形为带状或丝状的塑性加工性能。

然而，在传统的无铅焊料中，通常采用Sn(锡)-Zn(锌)或Sn(锡)-Bi(铋)焊料以提供与Sn(锡)-37wt％Pb(铅)焊料(熔点183℃)近似的熔点，或者添加大量的In(铟)或Bi(铋)到，例如，Sn(锡)-Cu(铜)、Sn(锡)-Ag(银)或Sn(锡)-Cu(铜)-Ag(银)焊料中以降低熔点。例如，所提及的Sn(锡)-9.0wt％Zn(锌)(熔点199℃)、Sn(锡)-58.0wt％Bi(铋)(熔点138℃)、Sn(锡)-0.5wt％Cu(铜)-4.0wt％Ag(银)-8wt％In(铟)(熔点208℃)为此类焊料。然而，因为这些焊料包括大量可引起脆化的元素，例如，机械性能和塑性加工性能恶化，从而很难保证令人满意的焊接结合强度和可靠性。更进一步，这些无铅焊料当塑性加工时很可能导致脆性破坏等，因此，对这些无铅焊料来说很难成功地经受挤压、轧制、拔丝等。因此，带状或丝状的成形产品基本上无法生产。基于上述原因，无铅焊料的应用受到极大限制。(非专利文献1)对欧洲议会和电气与电子设备废弃物委员会的指令的建议，欧洲共同体委员会，布鲁塞尔(Brussels)，2000年6月13日。

发明内容

如上所述，由于传统无铅焊料包括大量可引起脆化的元素，例如，机械性能和塑性加工性能恶化，从而很难保证令人满意的焊接结合强度和可靠性。更进一步，这些无铅焊料在塑性加工时会导致脆性破坏等，因此，对这些无铅焊料来说很难成功地经受挤压、轧制、拔丝等。因此，带状或丝状的成形焊料产品基本上无法制造。基于上述原因，无铅焊料的应用受到显著的限制。

本发明是为了解决现有技术中的上述问题，并且本发明的目的是提供一种无铅焊料、利用该无铅焊料连接制造的高可靠性的焊接接合产品和电子部件，所述无铅焊料具有优良的抗氧化性、机械性能和塑性加工性能，能够保证令人满意的焊接结合强度和可靠性，并可被成形为带状或丝状。

上述目的可通过含有锡(Sn)基合金的无铅焊料实现，所述锡基合金具有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)。

根据本发明，还提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)、不低于0.1wt％且不超过10.0wt％的锌(Zn)，余量由锡(Sn)和不可避免的杂质组成。

根据本发明，还提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)、不低于0.1wt％且不超过60.0wt％的铋(Bi)，余量由锡(Sn)和不可避免的杂质组成。

根据本发明，还提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)、不低于0.1wt％且不超过10.0wt％的铟(In)，余量由锡(Sn)和不可避免的杂质组成。

根据本发明，还提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)、不低于0.01wt％且不超过7.5wt％的铜(Cu)，余量由锡(Sn)和不可避免的杂质组成。

根据本发明，还提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)、不低于0.01wt％且不超过5.0wt％的银(Ag)，余量由锡(Sn)和不可避免的杂质组成。

根据本发明，还提供一种含有锡(Sn)基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)、不低于0.01wt％且不超过5.0wt％的银(Ag)、不低于0.01wt％且不超过7.5wt％的铜(Cu)，余量由锡(Sn)和不可避免的杂质组成。

根据本发明的一个无铅焊料优选实施方案，锡基合金进一步含有选自铟和铋的至少一种附加元素(Y)。

根据本发明的一个无铅焊料更优选实施方案，在所述锡基合金中，选自铟和铋的附加元素(Y)的含量为，铟不超过10wt％、铋不超过60wt％。

根据本发明的一个无铅焊料优选实施方案，锡基合金进一步含有选自钴(Co)、钛(Ti)、镍(Ni)、钯(Pd)、锑(Sb)和锗(Ge)的至少一种附加元素(X)。

根据本发明的一个无铅焊料更优选实施方案，在所述锡基合金中，选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的附加元素(X)的含量为，对于每种附加元素(X)，含量不超过0.5wt％，当含有多种附加元素(X)时，多种附加元素(X)的总量不超过1.0wt％。

根据本发明的无铅焊料可以是膏状、带状、丝状或棒状。

根据本发明，还可提供由上述任何一种无铅焊料连接而制造的焊接接合产品。

根据本发明，可提供由上述任何一种无铅焊料连接而制造的电子部件。

根据本发明的无铅焊料，其具有良好的抗氧化性，并能很好并容易地实现塑性加工，如挤压、轧制和拔丝。更进一步，根据本发明的无铅焊料，当被用作焊料时，在焊料所需的各方面性能上都表现优异，比如，机械性能和湿润性。因此，本发明可提供一种无铅焊料，其具有优异的抗氧化性、机械性能和塑性加工性能，并能保证令人满意的焊接结合强度和可靠性，并能够被塑性加工成带状或丝状。

由于根据本发明的无铅焊料具有不需显著增加熔点就可实现的提高的润湿性，因此在有效防止待利用热连接的物体的损坏的同时，能够实现焊接结合强度和可靠性的显著提高。因此，本发明可提供具有良好结合强度和可靠性的焊接接合产品、优选具有各种电子元件的电子部件，如，LED发光元件、SEDs(表面传导电子发射显示器)或与其所连接的安装基板。

附图说明

图1为显示形成在基板上的根据本发明的Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta焊料的熔体薄膜状态的照片；

图2为显示形成在基板上的Sn-3Ag-0.5Cu焊料的薄膜状态的照片；

图3为显示形成在基板上的Sn-3Ag-0.5Cu-4In焊料的薄膜状态的照片；

图4为显示以滴落方法评价Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta焊料的表面张力中形成的根据本发明的Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta焊料的液滴形状图；

图5为显示以滴落方法评价Sn-3Ag-0.5Cu焊料的表面张力中形成的Sn-3Ag-0.5Cu焊料的液滴形状图；

图6为显示以滴落方法评价Sn-3Ag-0.5Cu-4In焊料的表面张力中形成的Sn-3Ag-0.5Cu-4In焊料的液滴形状图，；

图7为简要说明在实施例1和2中实施的“热循环测试”的图。

具体实施方式

[无铅焊料]

根据本发明的无铅焊料含有Sn(锡)基合金，所述锡基合金包含不低于0.005wt％且不超过2.0wt％的钽(Ta)。这里使用的术语“无铅焊料”通常是指含Pb(铅)量不超过1000ppm的合金。

根据本发明，含有预定量的钽的无铅焊料可以分为(i)Sn-Ta基合金，(ii)Sn-Zn-Ta基合金，(iii)Sn-Bi-Ta基合金，(iv)Sn-Cu-Ta基合金，(v)Sn-Ag-Ta基合金，和(vi)Sn-Cu-Ag-Ta基合金。

本发明中，即使当一种无铅焊料属于合金(i)到(vi)的任何一种时，钽作为一种必不可少的成份都必须含有，并且其量不低于0.005wt％不高于2.0wt％。

钽是一种主要为提高焊料的润湿性和焊接部分机械性能的重要的成份。钽作为一种添加元素降低了锡或锡合金熔体的表面张力以提高焊料润湿待焊接构件的能力。并且，钽导致锡或锡合金凝固过程中Sn-Ta金属间化合物的成核，这样有助于晶体结构的细化。当钽含量低于0.005wt％时，尽管在细化凝固组织方面可以获得满意的效果，但却不能获得通过降低表面张力而提高润湿性的效果。另一方面，当钽含量高于2.0wt％，在一些情况下，在某些冷却条件下形成粗大的Sn-Ta金属间化合物，从而尽管可以获得出色的润湿性但导致了焊接强度的降低。在根据本发明的无铅焊料中的钽含量优选0.05到1.0wt％的范围，尤其优选是0.1到0.5wt％的范围，因为可以获得润湿性和机械性能的最佳平衡，并且可以获得最佳的焊接性能。

根据本发明的Sn-Ta基无铅焊料(i)包含锡、预定量的钽、可选择的各种添加元素(它们将会被详细介绍)和不可避免的杂质。由于根据本发明的Sn-Ta基无铅焊料含少量的钽，因而这种无铅焊料不改变纯锡的熔点232℃，在这个熔化区间内同时具有出色的润湿性能和机械性能。

Sn-9wt％Zn的共晶组成具有最低的熔点(熔点198℃)，一般被用作低熔点的无铅焊料。但是，这种焊料有一个问题，由于高含量的Zn，可能形成粗大的共晶组织，从而导致不能提供满意的焊接强度和可靠性。根据本发明的Sn-Zn-Ta基无铅焊料(ii)解决上述问题尤其有效。具体来说，焊料中含有的钽降低了表面张力，显著细化Sn-Zn共晶组织，获得一种细小均匀的Sn-Zn共晶组织。借此，改善了机械性能。特别是脆性明显改善，并可抑制凝固时裂纹的出现。这种机制对锌含量超过9wt％的Sn-Zn过共晶组成和锌含量低于9wt％的亚共晶组成也同样有效，并且组成不用特别限制。

根据本发明的Sn-Bi-Ta基无铅焊料(iii)与根据本发明的Sn-Zn-Ta基无铅焊料(ii)相似，Sn-57wt％Bi共晶组成(熔点139℃)被通常用作低熔点无铅焊料。尽管一部分的铋溶于锡中形成固溶体，大部分铋作为简单物质形成共晶组织，共晶组织在某些冷却条件下会粗化。这种粗大的共晶组织的存在是焊接部分脆性断裂的主要原因。在确保焊接强度和可靠性时，铋含量不应超过5wt％。铋含量特别优选在0.1到1.0wt％的范围。

根据本发明的Sn-Cu-Ta基无铅焊料(iv)、Sn-Ag-Ta基无铅焊料(v)和Sn-Cu-Ag-Ta基无铅焊料(vi)也有与根据本发明的Sn-Zn-Ta基无铅焊料和Sn-Bi-Ta基无铅焊料相同的钽加入效果。一般来说，使用接近Sn-0.5到0.75wt％Cu共晶组成的组成和接近Sn-0.5到0.75wt％Cu-3.0到3.5wt％Ag三元共晶组成的组成。为了提高焊料的熔点(液相线温度)，也使用一种铜含量超过7.5wt％的过共晶组成，其铜含量远高于Sn-0.7wt％Cu共晶组成的铜含量，或使用一种含有铜含量低于0.5wt％的亚共晶组成，其铜含量远低于Sn-0.7wt％Cu共晶组成。在Sn-Cu基无铅焊料的所有组成中，都可以获得钽的加入效果。这对于Sn-Ag基无铅焊料和Sn-Cu-Ag基无铅焊料也成立。

如上所述，如果有必要也可以在根据本发明的无铅焊料(i)至(vi)中使用各种添加元素。选自钴(Co)、钛(Ti)、镍(Ni)、钯(Pd)、锑(Sb)和锗(Ge)的至少一种添加元素(X)可以作为添加元素的具体优选例来举例。使用添加元素(X)可以降低熔化的无铅焊料的表面张力，提高润湿性。例如，日本专利申请No.65858/2004描述通过加入钴(Co)、镍(Ni)和钯(Pb)可降低表面张力。

对于在根据本发明的无铅焊料中作为添加元素的所有的钴、钛、镍、钯、锑和锗，其添加量优选不低于0.005wt％且不高于0.5wt％。当添加量低于0.005wt％时，不能保证满意的表面张力降低。另一方面，当添加量高于0.5wt％时，在某些冷却条件下可能形成粗大的金属间化合物，这样，机械性能有时会恶化。当无铅焊料中含有多种添加元素(X)时，添加元素(X)的总含量优选不高于1.0wt％，特别优选不高于0.7wt％。

当根据本发明的无铅焊料是Sn-Cu-Ta基无铅焊料(iv)、Sn-Ag-Ta基无铅焊料(v)或Sn-Cu-Ag-Ta基无铅焊料(vi)时，除了上述的添加元素(X)外，还可以可选使用其它添加元素。选自铟(In)和铋(Bi)的至少一种添加元素(Y)可例举为其它添加元素的具体优选例。当在根据本发明的无铅焊料中使用添加元素(Y)时，添加元素(X)可以有也可以没有。并且，在根据本发明的无铅焊料中，只要得到本发明的效果，除了添加元素(X)和添加元素(Y)以外也可以存在其它添加元素。

铟(In)主要是一种用于降低无铅焊料熔点的成份，通过考虑到所应用于的电子元件的允许温度范围与材料成本之间的平衡而适当地规定。一般说来，从抗氧化角度来看，铟的加入量优选不高于10.0wt％，特别优选不高于5.0wt％。

铋(Bi)主要是一种用于降低无铅焊料熔点的成份，并且铋的组成没有具体限制。但是，如上所述，当必须保证焊接强度和可靠性时，铋含量应不高于5wt％，特别优选0.1wt％到1.0wt％。特别在同时含有铋和铟时，铋含量优选在0.1wt％到1.0wt％的范围内。

根据本发明的无铅焊料(i)到(vi)和根据本发明的可选地含有添加元素(X)和添加元素(Y)的无铅焊料可以非常容易且效果好地经受塑性加工，例如，挤出、轧制和拉丝。并且，当作为焊料时，根据本发明的无铅焊料(i)到(vi)和根据本发明的可选地含有添加元素(X)和添加元素(Y)的无铅焊料在焊料所需的各种性能上都非常优异，例如，连接强度、机械性能和润湿性。

因此，本发明可提供具有优异连接强度和可靠性的焊接接合产品，特别是具有各种电子元件的电子部件，例如LED发光元件、SED(表面传导电子发射显示器)或连接其上的安装基板。

根据本发明的无铅焊料可采用任何所需方法制造而没有特别的限制。例如根据本发明的无铅焊料可以通过在或高于每一种组份熔点的温度下，熔体搅拌(kneading)必需的组份，例如，锡(Sn)、钽(Ta)、锌(Zn)、铋(Bi)、铜(Cu)、或银(Ag)，可选组份，例如，添加元素(X)或添加元素(Y)，有必要的话还可以添加其它组份以提供具有预期成份的无铅焊料，然后冷却混合物而制造出来。根据本发明的无铅焊料优选制造方法为，将构成预期无铅焊料所需含量或更低含量的锡与一种或至少两种上述的必需的组份和/或可选的组份事先合金化，然后将已合金化的产品(预合金化产品)与所需锡含量的剩余量和必需的组份和/或可选组份的剩余量合金化，以提供预期的无铅焊料。这样，可以很容易地制造出含有均匀且紧密分散的锡和上述金属组份的焊料。为了阻止由于无铅焊料氧化所导致的性能恶化，无铅焊料和它的组成成份优选在惰性气氛下处理，例如氮气、氩气、或氦气气氛。

根据本发明的无铅焊料在室温下是固体或糊，这取决于例如，无铅焊料的组成、具体制造条件和其它条件。

这样制造的根据本发明的无铅焊料可以非常容易且效果好地经变塑性加工，例如，挤出、轧制和拉丝。并且，当用作焊料时，根据本发明的无铅焊料在焊料所需的各种性能上都非常优异，例如，结合强度、机械性能和润湿性。

根据本发明的无铅焊料的润湿性为，JIS Z 3198-3所规定的润湿铺展百分比(％)，对(i)Sn-Ta基无铅焊料为75到80％，对(ii)Sn-Zn-Ta基无铅焊料为60到70％，对(iii)Sn-Bi-Ta基无铅焊料为80到90％，对(iv)Sn-Cu-Ta基无铅焊料为70到85％，对(v)Sn-Ta-Ag基无铅焊料为75到85％，对(vi)Sn-Cu-Ag-Ta基无铅焊料为75到85％。对这些无铅焊料的每一种来说，与上述除了不含钽之外均相同的焊料相比，润湿性(铺展百分比)可实现提高15％或更高。

无铅焊料的润湿性可以通过在基板上放置预定厚度的焊料层，在空气气氛中将该组合件加热到焊料熔点或该熔点以上的温度，视觉观察由熔融焊料形成的焊料膜的状态。

图1为显示带状焊料(2)的状态的图，它是由尺寸为长25mm×宽25mm×厚150μm的Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta带状焊料作为根据本发明的焊料，将带状焊料放在涂有焊剂的无氧铜片(1)上，在温度250℃热处理组合件以熔化焊料然后凝固焊料后提供的。图2为显示除了使用Sn-3Ag-0.5Cu以外与图1所示相同的带状焊料代替上述根据本发明的焊料的图。图3为显示除了使用Sn-3Ag-0.5Cu-4In以外与图1所示相同的带状焊料代替上述根据本发明的焊料的图。

从这些图中可看出，根据本发明的无铅焊料具有良好的润湿性，在基板上可以形成具有基本均匀厚度的焊料膜。另一方面，对于其它焊料，由于润湿性不令人满意，一部分焊料在熔融态被基板排斥。因此，不能形成一个均匀的焊料膜，并且出现焊料非粘接部分3或焊料膜的过分突起部分4。此外，焊料膜的轮廓不清晰。对于润湿性差的焊料，不能够实现满意的焊接结合强度，并且，更进一步，极有可能焊料漏出而进入非希望的区域。因此，这种焊料不适合特别是用于需要高精度焊料连接质量的应用领域中，例如，作为用于高精度电子元件的连接或布线的焊料。

此外，焊料的润湿性可以通过落滴法测量熔融状态的焊料的表面张力来评定。落滴法是一种利用这样的性质测量表面张力的方法，当液体通过一个圆管开口滴落时，由于焊料液滴的重量克服了液滴的表面张力而使得焊料液滴滴落。

图4所示为本发明的Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.05Ta焊料的熔体逐步从一个直径为0.7mm的圆形管开口流出的场合刚要滴落前焊料液滴的形状。图5所示为用除了采用Sn-3Ag-0.5Cu以外与图4所示相同的焊料代替图4中的焊料的液滴形状。图6所示为用采用Sn-3Ag-0.5Cu-4In以外与图4所示相同的焊料代替图4中的焊料的液滴形状。在每个图中，熔融的焊料的表面张力γ可以通过焊料液滴刚要滴落前的焊料液滴水平方向上的最大直径de和在距离焊料液滴前端距离de的位置处的焊料液滴水平方向上的直径ds的关系被计算出来：

γ＝g·ρ·(de)²/H

式中γ代表表面张力；g代表重力常数；de代表最大直径；H代表校正因子(H＝ds/de)。

如上式所示，ds值越大，表面张力越低。焊料的表面张力越低，润湿性越好。

图4所示根据本发明的Sn-3Ag-0.5Cu-4In-0.1Ta焊料的表面张力为0.40到0.42N/m，

图5所示传统的Sn-3Ag-0.5Cu焊料的表面张力为0.38到0.40N/m，

图6所示传统的Sn-3Ag-0.5Cu-4In焊料的表面张力为0.43到0.46N/m。

从上述结果，明显看出在传统的Sn-3Ag-0.5Cu焊料中含有4In增加了表面张力，在该焊料中含有0.1Ta降低了表面张力从而实现好的润湿性。

根据本发明的无铅焊料具有优良的抗氧化能力，这样，极大的抑制了由于氧化导致的各种性能的恶化，进而，不易产生主要由焊料氧化物组成的所谓的“浮渣”。例如，对于根据本发明的无铅焊料，产生的浮渣的数量减少到不含钽的无铅焊料所产生的浮渣的约五分之一左右。

[生产无铅焊料成形产品的工艺]

根据本发明的无铅焊料成形产品的生产工艺的特征在于包括，溶解和铸造根据本发明的无铅焊料来形成坯料的坯料铸造步骤和对该坯料进行塑性加工来制备成形产品的塑性加工步骤。

一般来说，传统的无铅焊料不能毫无困难地进行塑性加工，即使塑性加工可以很成功完成，但难以获得作为焊料所需满足的机械性能、润湿性和其它性能。另一方面，根据本发明的无铅焊料可以非常容易且效果很好的被塑性加工，即使在塑性加工后，也具有作为焊料应满足的好的机械性、润湿性能、焊接结合强度和其它性能。

根据本发明的无铅焊料成形产品的制造工艺，可以容易地制造出具有所需形状和尺寸的焊料成形产品，其具有作为焊料应满足的性能。在本发明中，无铅焊料成形产品可以生产出用传统一般无铅焊料迄今无法实现的形状，例如，带、丝或棒状。

根据本发明的优选的带状无铅焊料成形产品的具体实例包括厚度为50到500μm，尤其优选100到150μm的那些。根据本发明的优选的丝状无铅焊料成形产品的具体例包括丝直径为0.1mm到1mm，特别优选0.2mm到0.5mm的那些。根据本发明的棒状无铅焊料成形产品的形状和尺寸没有特别限制。但是，为了使得铸造的棒状无铅焊料成形产品中化学成分的偏析最小化，冷却速度优选不低于1℃/sec。进而，棒状无铅焊料成形产品的例子包括由挤出铸锭后将挤出物进行塑性加工例如轧制而制造出的具有均匀组织的棒状无铅焊料成形产品，或通过直接轧制熔融的无铅焊料来制造棒状无铅焊料成形制品。

根据本发明的无铅焊料成形产品特别适合用作对如具有各种电子元件部，如LED发光元件，和SEDs(表面传导电子发射显示器)和安装基板进行焊接的焊料成形产品。

根据本发明的无铅焊料和无铅焊料成形产品具有与传统含铅的锡焊料基本相同的熔点，并且具有与传统无铅焊料和无铅焊料成形制品相当或更优的出色的焊接强度和可靠性。

实施例

[实施例1]

熔化由锡-9.0wt％锌-0.1wt％钽组成的无铅焊料，并将熔体铸成直径为100mm、长300mm的坯料。然后，将坯料挤压成10mm厚、70mm宽的棒材。然后对棒材进行轧制，制成100μm厚、70mm宽的带。

然后，如图7所示，将焊剂涂覆在图7中所示厚3mm、宽50mm、长60mm的铜板100的表面上，然后将厚100μm、宽40mm、长50mm的带状焊料102放置在已涂覆的铜板100上。接着，将厚0.5mm、宽30mm、长40mm的镀有铜的SiN基板101放置在带状焊料102的上部。将组件在温度230℃、氮气气氛中加热45秒以软熔。对由此获得的连接产品在-25℃至125℃的条件下进行热循环测试。在2000周期热循环测试后，连接产品用超声波探伤试验进行检测。结果是，未发现裂纹和分离。

[实施例2]

熔化由锡-0.5wt％铜-2.5wt％银-4.0wt％铟-0.1wt％钽-0.1wt％钴组成的无铅焊料，并将熔体铸成直径为100mm、长300mm的坯料。然后，将坯料挤压成10mm厚、70mm宽的棒材。然后对棒材进行轧制，制成100μm厚、70mm宽的带。

然后，如图7所示，将焊剂涂覆在厚3mm、宽50mm、长60mm的铜板100的表面上，然后将厚100μm、宽40mm、长50mm的带状焊料102放置在已涂覆的铜板100上。接着，将厚0.5mm、宽30mm、长40mm的镀有铜的SiN基板102放置在带状焊料101的上部。对组件在温度250℃、氮气气氛中加热45秒以软熔。对由此获得的连接产品在-25℃至125℃的条件下进行热循环测试。在4000周期热循环测试后，连接产品用超声波探伤试验进行检测。结果是，未发现裂纹和分离。

[比较例1]

熔化由锡-9.0wt％锌的无铅焊料，并将熔体铸成直径为100mm、长300mm的坯料。然后，将坯料挤压成截面为厚10mm、宽70mm。结果发现在截面垂直于挤压方向在边缘部分出现许多裂纹。对经过挤压的材料进行轧制，制成厚100μm、宽40mm、长50mm的带状焊料，将该焊料切割并用作样品。

然后，用和实施例1相同的方式，将焊剂涂覆在厚3mm、宽50mm、长60mm的铜板100的表面上，然后将厚100μm、宽40mm、长50mm的带状焊料102放置在已涂覆的铜板100上。接着，将厚0.5mm、宽30mm、长40mm的镀有铜的SiN基板102放置在带状焊料101的上部。对组件在温度230℃、氮气气氛中加热45秒以软熔。对由此获得的连接产品在-25℃至125℃的条件下进行热循环测试。在750周期热循环测试后，连接产品用超声波探伤试验进行检测。结果是，在连接产品的四角发现许多裂纹。

Claims

1.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金具有不低于0.005wt％且不超过0.5wt％的钽含量。

2.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过0.5wt％的钽、不低于0.1wt％且不超过10.0wt％的锌，余量由锡和不可避免的杂质组成。

3.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过0.5wt％的钽、不低于0.1wt％且不超过60.0wt％的铋，余量由锡和不可避免的杂质组成。

4.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过0.5wt％的钽、不低于0.1wt％且不超过10.0wt％的铟，余量由锡和不可避免的杂质组成。

5.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过0.5wt％的钽、不低于0.01wt％且不超过7.5wt％的铜，余量由锡和不可避免的杂质组成。

6.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过0.5wt％的钽、不低于0.01wt％且不超过5.0wt％的银，余量由锡和不可避免的杂质组成。

7.一种含有锡基合金的无铅焊料，所述锡基合金含有不低于0.005wt％且不超过0.5％的钽、不低于0.01wt％且不超过5.0wt％的银、不低于0.01wt％且不超过7.5wt％的铜，余量由锡和不可避免的杂质组成。

8.如权利要求1至7中任一项所述的无铅焊料，其中所述锡基合金进一步包含选自铟和铋的至少一种附加元素Y。

9.如权利要求8所述的无铅焊料，其中，在所述锡基合金中，选自铟和铋的附加元素Y的含量为，铟不超过10wt％且铋不超过60wt％。

10.如权利要求1至7中任一项所述的无铅焊料，其中所述锡基合金进一步包含选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的至少一种附加元素X。

11.如权利要求8所述的无铅焊料，其中所述锡基合金进一步包含选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的至少一种附加元素X。

12.如权利要求9所述的无铅焊料，其中所述锡基合金进一步包含选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的至少一种附加元素X。

13.如权利要求10所述的无铅焊料，其中，在所述锡基合金中，选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的附加元素X的含量为，对于每种附加元素X，含量不超过0.5wt％，当含有多种附加元素X时，多种附加元素X的总量不超过1.0wt％。

14.如权利要求11所述的无铅焊料，其中，在所述锡基合金中，选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的附加元素X的含量为，对于每种附加元素X，含量不超过0.5wt％，当含有多种附加元素X时，多种附加元素X的总量不超过1.0wt％。

15.如权利要求12所述的无铅焊料，其中，在所述锡基合金中，选自钴、钛、镍、钯、锑和锗的附加元素X的含量为，对于每种附加元素X，含量不超过0.5wt％，当含有多种附加元素X时，多种附加元素X的总量不超过1.0wt％。

16.如权利要求1至7中任一项所述的无铅焊料，其是膏状、带状、丝状或棒状。

17.一种利用根据权利要求1至16中任一项所述的无铅焊料连接而成的焊接接合产品。

18.一种利用根据权利要求1至16中任一项所述的无铅焊料连接而成的电子部件。