CN101642856A

CN101642856A - 一种高可靠低银无铅焊料及其制备方法

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Publication number: CN101642856A
Application number: CN200910115810A
Authority: CN
Inventors: 王文明; 徐菊英; 王国银
Original assignee: TAICANG SHOUCHUANG TIN INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: TAICANG SHOUCHUANG TIN INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2010-02-10

Abstract

本发明涉及一种以锡银铜无铅焊料合金为基础的高可靠低银无铅焊料及其制备方法，以低银无铅焊料的总重量为基准，该无铅焊料组成为：银0.2％～0.6％、镍0.01％～0.06％、铜0.5％～0.8％、钴0.01％～0.06％及其余为锡。本发明无铅焊料的制备方法为：首先在熔融保护状态下分别熔炼制备锡银中间合金、锡铜中间合金、锡镍中间合金以及锡钴中间合金；然后将获得的中间合金与剩余的锡在温度400℃－550℃下混合，制成低银无铅焊料。本发明无铅焊料成本低廉，焊点可靠性好，能够满足客户的需求；本发明制备方法在较低温度下进行，操作简便、成本较低。

Description

一种高可靠低银无铅焊料及其制备方法

技术领域

本发明属于低银无铅焊料制备技术领域。

背景技术

目前，国内外主要的无铅焊料品种有锡银铜系(Sn-Ag-Cu)无铅焊料和锡铜系(Sn-Cu)无铅焊料，均存在以下不足：

1、熔点高、表面张力大；润湿性差；

2、材料成本高，特别是Sn-Ag-Cu系无铅焊料，其Ag含量高达3～3.8％；

3、在焊料与基材界面间容易形成Cu₆Sn₅脆性相的金属化合物层，而最终影响到电子产品的可靠性。

鉴于上述不足，对锡银铜系无铅焊料例如欧洲推荐产品Sn-3.8Ag-0.7Cu进行降低Ag含量和提高可靠性的研究具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种银含量低且可靠性高的低银无铅焊料。

本发明还要提供一种生产成本低的低银无铅焊料的制备方法，并且由该方法获得的低银无铅焊料的可靠性好。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种以锡银铜无铅焊料合金为基础的低银无铅焊料，其还含有镍和钴，以焊料的总重量为基准，低银无铅焊料的组成为：银0.2％～0.6％、镍0.01％～0.06％、铜0.5％～0.8％、钴0.01％～0.06％及其余为锡。

作为本发明低银无铅焊料的进一步实施方案：低银无铅焊料的组成为：银0.3％～0.4％、镍0.02％～0.03％、铜0.6％～0.7％、钴0.02％～0.03％及其余为锡。优选地，无铅焊料中镍和钴的含量相同。根据本发明的一个具体方案，低银无铅焊料的组成为：银0.3％、镍0.03％、铜0.7％、钴0.03％及其余为锡。

由于采取以上技术方案，本发明的焊料与现有技术相比具有如下技术效果：

1、焊料中银含量仅在0.3％-0.6％之间，焊料成本低廉，与现有焊料相比，节约大量贵金属，降低成本85％左右；

2、复合添加微量的镍和钴元素，细化焊料合金组织、抑制影响焊料可靠性的Cu₆Sn₅相金属化合物的形成及生长，提高焊点的可靠性；

3、焊料的表面张力、流动性、润湿性均能达到高银无铅焊料的水平，满足客户需求。

本发明的提供的另一技术方案是：一种上述低银无铅焊料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、在熔融保护状态下分别熔炼制备锡银中间合金、锡铜中间合金、锡镍中间合金以及锡钴中间合金；

(2)、将步骤(1)获得的中间合金与剩余的锡在温度400℃-550℃下混合，制得所述的低银无铅焊料。

根据本发明制备方法的一个方面，步骤(1)中所述锡银中间合金中银的质量百分含量为9％-11％，锡铜中间合金中铜的质量百分含量为9％-11％，锡镍中间合金中镍的质量百分含量为1％-3％，锡钴中间合金中钴的质量百分含量为1％-3％。

优选地，步骤(1)中所述锡银中间合金中银的质量百分含量为10％，锡铜中间合金中铜的质量百分含量为10％，锡镍中间合金中镍的质量百分含量为2％，锡钴中间合金中钴的质量百分含量为2％，此时，中间合金可在500℃-550℃下进行熔炼，在该温度下，一方面，锡不易发生氧化，另一方面，可确保最终的无铅焊料中各元素的比例与所设定的比例相同。

步骤(2)优选在500℃-550℃下进行。

由于采取上述技术方案，本发明的焊料的制备方法可避免锡的氧化以及确保最终产品的比例与设定的比例严格一致，保证产品的各项性能，同时，该方法使合金熔炼在较低温度下进行，成本低、操作简便。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但不限于这些实施例。

实施例1

按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.3wt％、Cu 0.5wt％、Ni 0.03％、Co 0.03％以及Sn 99.14％。

上述低银无铅焊料的制备过程如下：

(1)、按配方进行原料准备和称量；

(2)、在温度500℃-550℃以及惰性气体保护下，分别熔炼制备中间合金Sn-(10)Ag、Sn-(10)Cu、Sn-(2)Ni、Sn-(2)Co，其中，Sn-(10)Ag表示Ag质量百分比含量为10％的锡银中间合金，Sn-(10)Cu表示Cu质量百分比含量为10％的锡银中间合金，Sn-(2)Ni表示Ni质量百分比含量为2％的锡镍中间合金，Sn-(2)Co表示Co质量百分比含量为2％的锡钴中间合金；

(3)、在电阻炉上将步骤(2)制备的各中间合金与剩余的锡在温度420℃下混合，制成Sn-Ag-Cu-Ni-Co无铅焊料锭坯；

(4)、在挤压机上将步骤(3)所得锭坯挤压成条状或丝状，即为低银无铅焊料。

经检测，本实施例的焊料的熔流点为217℃～227℃之间，扩展率大于80％(Cu校，260℃)，表面张力为420达因/厘米(液滴法，255℃)。

实施例2

按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.4wt％、Cu 0.6wt％、Ni 0.02％、Co 0.02％以及Sn 98.96％，其制备同实施例1。

经检测，本实施例的焊料的熔流点为217℃～226.8℃之间，扩展率大于80％(Cu校，260℃)，表面张力为420达因/厘米(液滴法，255℃)。

实施例3

按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.5wt％、Cu 0.7wt％、Ni 0.025％、Co 0.025％以及Sn 98.75％，其制备同实施例1。

经检测，本实施例的焊料的熔流点为217℃～226℃之间，扩展率大于80％(Cu校，260℃)，表面张力为420达因/厘米(液滴法，255℃)。

实施例4

按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.3wt％、Cu 0.7wt％、Ni 0.03％、Co 0.03％以及Sn 98.94％，其制备同实施例1。

对比例1

不含钴和镍的无铅焊料，其含有Ag 3wt％、Cu 0.5％以及Sn 96.5wt％。

经检测，焊料的熔流点为217℃～220℃之间，扩展率大于80％(Cu校，260℃)，表面张力为450达因/厘米(液滴法，255℃)。

对比例2

Sn-0.3Ag-0.7Cu系无铅焊料，其熔流点为217℃～227℃之间，扩展率大于80％(Cu校，260℃)，表面张力为465达因/厘米(液滴法，255℃)，抗蠕变性(破断时间)17小时(150℃，负荷1kg)。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1、一种以锡银铜无铅焊料合金为基础的低银无铅焊料，其特征在于：所述无铅焊料还含有镍和钴，以焊料的总重量为基准，低银无铅焊料的组成为：银0.2％～0.6％、镍0.01％～0.06％、铜0.5％～0.8％、钴0.01％～0.06％及其余为锡。

2、如权利要求1所述的低银无铅焊料，其特征在于：无铅焊料的组成为：银0.3％～0.4％、镍0.02％～0.03％、铜0.6％～0.7％、钴0.02％～0.03％及其余为锡。

3、如权利要求1或2所述的低银无铅焊料，其特征在于：无铅焊料中镍和钴的含量相同。

4、如权利要求3所述的低银无铅焊料，其特征在于：无铅焊料的组成为：银0.3％、镍0.03％、铜0.7％、钴0.03％及其余为锡。

5、一种权利要求1至4中任一项所述的低银无铅焊料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

6、如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述锡银中间合金中银的质量百分含量为9％-11％，锡铜中间合金中铜的质量百分含量为9％-11％，锡镍中间合金中镍的质量百分含量为1％-3％，锡钴中间合金中钴的质量百分含量为1％-3％。

7、如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述锡银中间合金中银的质量百分含量为10％，锡铜中间合金中铜的质量百分含量为10％，锡镍中间合金中镍的质量百分含量为2％，锡钴中间合金中钴的质量百分含量为2％。

8、如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述熔炼的温度范围为500℃-550℃。

9、如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在温度500℃-550℃下混合中间合金与剩余的锡。