CN101318269A - 低银含量的锡银锌系无铅焊料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低银含量的锡银锌系无铅焊料，属于无铅焊料技术。本发明的低银含量的锡银锌系无铅焊料，组份和质量百分含量为：锡85～99、银0.01～3、锌0.01～5、铋0～5、铟0～4、稀土元素0～5、镓0～2.5、磷0～3。本发明优点是在保证其工业应用的前提下，通过降低银含量，降低产品成本，低银含量锡银锌系无铅焊料与铜基板有良好的润湿性。

Description

低银含量的锡银锌系无铅焊料

技术领域

本发明涉及低银含量的锡银锌系无铅焊料，属于无铅焊料技术。

背景技术

与人类生活工作密切相关的各种电子产品在造福人类的同时，也因在电子产品中含铅焊料的使用而日益危害人类的身体健康和生态环境。欧盟领导下的电子电气设备废弃组织(WEEE)要求在2006年停止在电子装配工业中使用含铅材料。美国国家电子制造协会(NEMI)为此专门实施一个名为“NEMI的焊接无铅化计划”来系统研究无铅装配在电子工业中的使用问题；日本的主要消费电子制造企业也纷纷承诺尽快全面实现无铅电子装配，这一切使无铅焊料的研究迫在眉睫。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。

目前，世界各国都在开展无铅焊料的研究以替代传统的锡铅焊料，并已取得了一定的成果。但随着电子元器件趋于超大规模集成化和微型化，对焊接材料的性能提出了更高的要求。当今市场上热、力学性能较好的无铅焊料大多属于Sn-Ag系，其中Sn-Ag-Cu三元共晶焊料润湿性好，强度和塑性高，具有优良的耐热疲劳特性。它是目前最被看好的用以替代Sn-37Pb焊料的无铅焊料，而银的高价格直接导致了焊料生产成本的增加，产品竞争力下降，所以开发一种低银含量的，可满足市场应用的无铅焊料成为当务之急。

Sn-Ag-Zn合金中，Zn可与抗腐蚀元素Ag结合生成金属间化合物，使腐蚀电位急剧降低，且润湿性与Sn-Ag共晶焊料相当。与Sn-Ag相比，Sn-Ag-Zn在许多方面都可提供优越的机械性能，其具有较好的强度而不损失丝毫延展性，高温蠕变性能显著提高，并稍微降低合金熔点。以这种高性能焊料合金为研究对象，降低银含量，节约成本，并使其仍可满足工业应用要求。

发明内容

本发明目的是提供低银含量的锡银锌系无铅焊料，该焊料由于银含量较低所以降低了生产成本，但其性能仍可满足工业应用要求，其制备方法简单。

本发明的低银含量的锡银锌系无铅焊料，其特征是组份和质量百分含量如下：

锡    85～99

银    0.01～3

锌    0.01～5

铋          0～5

铟          0～4

稀土元素    0～5

镓          0～2.5

磷          0～3。

本发明的低银含量的锡银锌系无铅焊料的制备方法，采用通常的制备方法，以可以采用如下步骤：

将各组份按质量比在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到500-1300℃熔化，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固；再将合金翻转后重新加热到300-600℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少五次。

因为稀土元素很活泼其单质不易保存，但其合金或化合物就很稳定，所以这里是以合金的形式加入稀土元素，采用通常的预配技术，用稀土元素和锡熔炼得到的锡稀土中间合金。

其中部分成分的无铅焊料光镜照片，如图1-4所示，尽管银含量降低，但从焊料的组织形貌看，与其它无铅焊料的差别不大。

本发明优点是在保证其工业应用的前提下，通过降低银含量，降低产品成本，低银含量锡银锌系无铅焊料与铜基板有良好的润湿性，如图5所示。

附图说明

图1：Sn-3％Ag-0.9％Zn无铅焊料的显微组织；

图2：Sn-2％Ag-0.5％Zn-0.5％Ga无铅焊料的显微组织；

图3：Sn-1％Ag-1.5％Zn-1％In无铅焊料的显微组织；

图4：Sn-0.3％Ag-1％Zn-0.5％Bi-1％Ce无铅焊料的显微组织；

图5：Sn-1％Ag-1.5％Zn-1％In无铅焊料与Cu基板焊接界面。

具体实施方式

实施例1

将纯度为99.99％的锡、银、锌按质量比为96.1∶3∶0.9在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1000℃熔化，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固。再将合金翻转后重新加热到500℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少五次得到低银含量的锡银锌系无铅焊料。所制得的焊料组织形貌如图1所示。

实施例2

将纯度为99.99％的锡、银、锌、镓按质量比为97∶2∶0.5∶0.5在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1100℃熔化，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固。再将合金翻转后重新加热到500℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少五次得到低银含量的锡银锌系无铅焊料。所制得的焊料组织形貌如图2所示。

实施例3

将纯度为99.99％的锡、银、锌、铟按质量比为96.5∶1∶1.5∶1在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1200℃熔化，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固。再将合金翻转后重新加热到480 ℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少五次得到低银含量的锡银锌系无铅焊料。所制得的焊料组织形貌如图3所示，其与铜界面焊接润湿角如图5所示。

实施例4

将纯度为99.99％的锡、银、锌、铋、铈按质量比为97.2∶0.3∶1∶0.5∶1在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1300℃熔化，锡稀土中间合金为用铈和锡熔炼得到的Sn-1.58Ce(质量比)合金，同时加以磁搅拌，以使合金成分均匀，然后水冷凝固。再将合金翻转后重新加热到500℃熔化，同时加以磁搅拌并水冷，这样反复至少五次得到低银含量的锡银锌系无铅焊料。所制得的焊料组织形貌如图4所示。

从上述的实例中可以看出：即使降低了银含量，其组织结构与其它无铅焊料的差别不大，但却大大降低了成本，且从图5看出，该焊料润湿性好，界面结合好，有较好的可焊性。

本发明并不局限于实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种低银含量的锡银锌系无铅焊料，其特征是组份和质量百分含量如下：

锡            85～99

银            0.01～3

锌            0.01～5

铋            0～5

铟            0～4

稀土元素      0～5

镓            0～2.5

磷            0～3。

2.如权利要求1所述的低银含量的锡银锌系无铅焊料的制备方法，其特征是所述的稀土元素以预配好的锡稀土中间合金的形式加入。

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