CN101337309A - 锡银铜锗无铅钎料 - Google Patents

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孟工戈
杨拓宇
陈雷达
李财富
王世珍
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Abstract

锡银铜锗无铅钎料，全世界还没有找到可以完全替代锡铅合金的封装钎料。但是已经公认，在众多锡银铜锗无铅钎料中，Sn－Ag－Cu系被认为最有可能成为Sn－Pb钎料的替代品之一。Sn－Ag－Cu钎料是Sn－Ag、Sn－Cu钎料的延伸体，具有近共晶的成分。然而该合金熔点高于传统锡铅钎料，润湿性能也有所下降，焊点接头可靠性等都有待于进行深入地探讨。本发明组成包括：银、铜、锗、锡，所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的重量份数比为2～3，所述的铜的重量份数比为0.5～1，所述的锗的重量份数比为0.2～1，所述的锡的重量份数比为95～97.3。本发明属于冶金、焊接、信息、电子等领域。

Description

锡银铜锗无铅钎料
技术领域：
本发明涉及一种电子封装用的钎焊材料。
背景技术：
世界已经进入信息时代。近二三十年里，以计算机为代表的电子信息技术产品发展极为迅速。锡钎焊技术是现代电子信息产品封装的基础技术之一。锡铅(以Sn-37Pb为典型成分)合金作为古典的钎料合金一直应用至今。然而，从20世纪60年代起人们逐渐认识到金属铅的毒害作用。进入到20世纪90年代后，无铅化的浪潮开始进入电子封装这一领域。
自2006年7月1日起欧盟的“废弃电力电子设备指令”(directive onWaste Electrical and Electronic Equipment，WEEE)和“电力电子设备中禁止使用某些有毒有害物质指令”(directive on the Restriction of the use ofcertain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment，RoHS)正式生效，而我国信息产业部与、国家发改委、国家环保总局等七个部委于2006年2月28日联合公布了《电子信息产品污染控制管理办法(第39号)》，该办法已于2007年3月1日开始施行。
在10年左右的时间里，全世界还没有找到可以完全替代锡铅合金的封装钎料。但是已经公认，在众多锡银铜锗无铅钎料中，Sn-Ag-Cu系被认为最有可能成为Sn-Pb钎料的替代品之一。Sn-Ag-Cu钎料是Sn-Ag、Sn-Cu钎料的延伸体，具有近共晶的成分。然而该合金熔点高于传统锡铅钎料，润湿性能也有所下降，焊点接头可靠性等都有待于进行深入地探讨。
发明内容：
本发明的目的是提供一种无毒无公害、安全环保的锡银铜锗无铅钎料。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
锡银铜锗无铅钎料，其组成包括：银、铜、锗、锡，所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的重量份数比为2～3，所述的铜的重量份数比为0.5～1，所述的锗的重量份数比为0.2～1，所述的锡的重量份数比为95～97.3。
这个技术方案有以下有益效果：
1.本发明与传统的锡铅钎料相比不含铅、对人和环境无害
2.本发明与现时最具实用价值的锡银铜锡银铜锗无铅钎料相比，锗的加入可以使钎料的熔点略有降低、润湿性有所改善、钎焊接头的剪切强度显著提高、对接头界面时效过程中金属间化合物的长大有抑制作用。
3.锗元素在化学元素周期表中与锡相邻，同为第IV主族元素，物理与化学性能有许多近似。它可以与锡形成共晶合金，又可以与银和铜形成固溶体，而且无毒无公害、安全环保。
4.锗的加入可以使钎料的熔点略有降低(测试结果见附图)。
5.锗的加入可以使钎料的润湿性有所改善，钎焊基板为纯铜。钎焊加热设备为DY-560型台式电脑程控表面贴装焊机。钎剂的成分配比为：异丙醇65％，松香30％，氯化亚锡(SnCl2)5％。用Auto CAD测量铺展面积，表1为试验结果。
表1铺展面积平均值(cm2)
  Sn-2.5Ag-0.7Gu      Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.25Ge     Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.5Ge     Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.75Ge
  92.017765      98.923876     102.54394     104.93201
6.锗的加入可以使钎焊接头的剪切强度显著提高，钎焊基板为纯铜。用XLD-系列液晶屏显电子式拉力试验机进行剪切测试，用Auto CAD测量断口面积，结果见表2。
表2接头剪切强度平均值(MPa)
 Sn-2.5Ag-0.7Cu  Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.25Ge  Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.5Ge     Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.75Ge     Sn-2.5Ag-0.7Cu-1.0Ge
 29.173  38.846  33.521     32.509     33.085
7.锗的加入对接头界面时效过程中金属间化合物的长大有抑制作用，钎焊基板为纯铜。采用FEI Sirion 200型热场发射扫描电子显微镜对钎焊界面进行拍照，用Auto CAD测量金属间化合物厚度，结果见表3。
表3不同成分钎料的金属间化合物平均厚度(μm)
    钎料成分     时效前     时效100小时后     增长率％
    Sn2.5Ag0.7Cu     2.154     4.1133     90.961
    Sn2.5Ag0.7Cu0.25Ge     2.2887     3.4804     52.06886
    Sn2.5Ag0.7Cu0.50Ge     3.7581     5.2753     40.37146
    Sn2.5Ag0.7Cu0.75Ge     3.6865     4.0639     10.23735
    Sn2.5Ag0.7Cu1.0Ge     2.4218     4.2163     74.09778
附图说明：
附图1是不含锗钎料熔点测试曲线。
附图2是含锗0.25％钎料熔点测试曲线。
附图3是含锗0.5％钎料熔点测试曲线。
附图4是含锗0.75％钎料熔点测试曲线。
附图5是含锗1％钎料熔点测试曲线。
本发明的具体实施方式：
实施例1：
锡银铜锗无铅钎料，其组成包括：银、铜、锗、锡，所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的重量份数比为2～3，所述的铜的重量份数比为0.5～1，所述的锗的重量份数比为0.2～1，所述的锡的重量份数比为95～97.3。
钎焊基板为纯铜。钎剂的成分配比为：异丙醇65％，松香30％，氯化亚锡(SnCl2)5％。
实施例2：
锡银铜锗无铅钎料，其组成包括：银、铜、锗、锡，所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的质量比为2.5％，所述的铜的质量比为0.7％，所述的锗的质量比为0.25％，所述的锡的质量比为96.55％。
钎焊基板为纯铜。钎剂的成分配比为：异丙醇65％，松香30％，氯化亚锡(SnCl2)5％。
实施例3：
锡银铜锗无铅钎料，其组成包括：银、铜、锗、锡，所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的质量比为2.5％，所述的铜的质量比为0.7％，所述的锗的质量比为0.5％，所述的锡的质量比为96.3％。
钎焊基板为纯铜。钎剂的成分配比为：异丙醇65％，松香30％，氯化亚锡(SnCl2)5％。
实施例4：
锡银铜锗无铅钎料，其组成包括：银、铜、锗、锡，所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的质量比为2.5％，所述的铜的质量比为0.7％，所述的锗的质量比为0.75％，所述的锡的质量比为96.05％。
钎焊基板为纯铜。钎剂的成分配比为：异丙醇65％，松香30％，氯化亚锡(SnCl2)5％。

Claims (4)

1.一种锡银铜锗无铅钎料，其组成包括：银、铜、锗、锡，其特征是：所述的锡银铜锗无铅钎料为锡银铜锗系合金，所述的银的重量份数比为2～3，所述的铜的重量份数比为0.5～1，所述的锗的重量份数比为0.2～1，所述的锡的重量份数比为95～97.3。
2.根据权利要求1所述的锡银铜锗无铅钎料，其特征是：所述的银的重量份数比为2.5，所述的铜的重量份数比为0.7，所述的锗的重量份数比为0.25，所述的锡的重量份数比为96.55。
3.根据权利要求1所述的锡银铜锗无铅钎料，其特征是：所述的银的重量份数比为2.5，所述的铜的重量份数比为0.7，所述的锗的重量份数比为0.5，所述的锡的重量份数比为96.3。
4.根据权利要求1所述的锡银铜锗无铅钎料，其特征是：所述的银的重量份数比为2.5，所述的铜的重量份数比为0.7，所述的锗的重量份数比为0.75，所述的锡的重量份数比为96.05。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105665956A (zh) * 2016-03-23 2016-06-15 徐宏达 一种用于钎焊铝及其合金的软钎料合金
CN114393345A (zh) * 2021-12-30 2022-04-26 无锡日月合金材料有限公司 一种熔点、流点温度差较小的低银真空焊料
CN116174997A (zh) * 2023-02-25 2023-05-30 东莞市千岛金属锡品有限公司 一种无铅无卤焊锡膏及其制备工艺

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