CN102581506A - 一种锡铋银系无铅焊料 - Google Patents

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刘永长
王珣
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Abstract

本发明涉一种锡铋银系无铅焊料，其特征在于它的组分及其重量百分比为：Bi：1.0～4.0％；Ag：0.1～0.5％；Zn：0.05～1.0％；Cu：0～1.0％；其余为Sn(各个元素的纯度不低于99.99％)。Sn-Bi-Ag系焊料合金具有较低的熔点，最低达到205℃左右，较高的拉伸强度而又不损失延展性，最大拉伸强度达到70MPa左右，而且Ag的含量较低，大大降低了焊料的成本。可作为替代传统Sn-37％Pb焊料的无铅焊料。

Description

一种锡铋银系无铅焊料
技术领域
本发明涉及无铅电子封装技术，涉及一种锡铋银系无铅焊料。
背景技术
进入21世纪以来，随着电子工业的持续高速发展和电子垃圾问题的日益严重，电子工业中的绿色制造问题愈来愈受到关注。各国政府基于社会公众利益和舆论而制定的各种涉及绿色电子制造和绿色电子产品的法规和条例，对“绿色”进程起着决定推动作用。其主要包括绿色电子设计、绿色电子材料、绿色电子封装及工艺等，而这其中非常重要也是当前研究最多的就是绿色电子封装材料，也即电子封装材料的无铅及无卤化问题，禁止使用具有毒性的重金属“Pb”已经成为关注的焦点。
目前各国研究的焦点都集中于Sn-Ag-Cu(SAC)合金，其共晶合金润湿性好，强度和塑性高，具有优良的耐热疲劳特性，是目前最被看好的用以替代Sn-37Pb焊料的无铅焊料。但是共晶SAC合金具有较高的Ag含量(3.0～4.0wt.％)，而Ag的原材料价格约为Sn和Bi的30倍左右，这直接导致了焊料生产成本的增加；并且共晶SAC合金的熔点在217℃左右，远远高于传统Sn-37Pb焊料的183℃。因此，本专利开发了一种低银含量的，低熔点的，但又能维持高性能的焊料合金。
发明内容
本发明目的是提供低成本高性能的锡铋银系无铅焊料，该焊料由于银含量较低所以降低了生产成本，Bi的加入降低了焊料的熔点，提高了合金的硬度、抗拉强度及屈服强度，并改善了焊料合金的润湿性能。
本发明的无铅焊料，它的组分及其重量百分比为：
Bi：1.0～4.0％；Ag：0.1～0.5％；Zn：0.05～1.0％；Cu：0～1.0％；其余为Sn。
(各个元素的纯度不低于99.99％)
本发明的无铅焊料可采用真空熔炼炉熔炼法进行制备，方法如下：
将各合金原料按比例配备，放入氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1100℃使各个组分充分熔化混合，熔化过程中加以磁搅拌，使合金混合充分，然后水冷铜模冷却；再将合金翻转，重新加热到500℃熔化，加以磁搅拌并水冷铜模凝固，反复至少三次使合金成分均匀。
Sn-Bi-Ag系焊料合金具有较低的熔点，最低达到205℃左右，较高的拉伸强度而又不损失延展性，最大拉伸强度达到70MPa左右，而且Ag的含量较低，大大降低了焊料的成本。
附图说明
图1：实施例1的1.0％Bi-0.1％Ag-0.05％Zn基体为Sn焊料合金的显微组织；
图2：实施例2的4.0％Bi-0.5％Ag-1.0％Zn-1.0％Cu基体为Sn焊料合金的显微组织；
图3：实施例3中的2.0％Bi-0.3％Ag-0.9％Zn基体为Sn焊料合金的显微组织；
图4：实施例3的x％Bi-0.3％Ag-0.9％Zn(x＝1.0、2.0、3.0和4.0)基体为Sn焊料合金的熔化曲线；
图5：实施例3的x％Bi-0.3％Ag-0.9Zn％(x＝1.0、2.0、3.0和4.0)基体为Sn焊料合金的应力-应变曲线。
具体实施方式
实施例1
取纯度不低于99.99％的锡98.85克、铋1.0克、银0.1克、锌0.05克进行混合，将混合料放在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1100℃熔化，加以磁搅拌，使合金成分均匀，然后水冷铜模冷却。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铜模冷却，这样反复至少三次得到焊料合金；组成为1.0％Bi-0.1％Ag-0.05％Zn基体为Sn焊料合金。其显微组织如图1所示，颗粒为Ag3Sn相，基体为Sn。
实施例2
取纯度不低于99.99％的锡93.5克、铋4.0克、银0.5克、锌1.0克、铜1.0克进行混合，将混合料放在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1100℃熔化，加以磁搅拌，使合金成分均匀，然后水冷铜模冷却。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铜模冷却，这样反复至少三次得到焊料合金；组成为4.0％Bi-0.5％Ag-1.0％Zn-1.0％Cu基体为Sn焊料合金。其显微组织如图2所示，颗粒为Ag3Sn相和Cu6Sn5相，白色颗粒为Bi，基体为Sn。
实施例3
取纯度不低于99.99％的锡(98.8-x)克、铋x克(x＝1.0、2.0、3.0或4.0克)、银0.3克、锌0.9克进行混合，将混合料放在氩气保护下的真空熔炼炉中加热到1100℃熔化，加以磁搅拌，使合金成分均匀，然后水冷铜模冷却。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铜模冷却，这样反复至少三次得到焊料合金；x％Bi-0.3％Ag-0.9Zn％(x＝1.0、2.0、3.0和4.0)基体为Sn焊料合金。
其中Sn-2.0％Bi-0.3％Ag-0.9％Zn焊料合金显微组织如图3所示，颗粒为Ag3Sn相，白色富集区为Bi，基体为Sn。Sn-x％Bi-0.3％Ag-0.9％Zn无铅焊料合金的熔化曲线和应力-应变分别如图4和图5所示，随着Bi含量的升高，合金的熔点由214.9℃降低到206.3℃左右，最大拉伸强度由41.7MPa增长到68MPa左右。

Claims (2)

1.一种锡铋银系无铅焊料制备方法，其特征在于原料组分及其重量百分比为：Bi：1.0～4.0％；Ag：0.1～0.5％；Zn：0.05～1.0％；Cu：0～1.0％；其余为Sn。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的原料各个元素的纯度不低于99.99％。
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