CN102672367A - 一种ZnSn基高温无铅软钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子封装及组装用钎焊焊料技术领域，具体公开了一种ZnSn基高温无铅软钎料及其制备方法。该ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：15～40％的锡，0.5～8％的铜，0.1～1％的镧钕混合稀土，0.1～3％的镁和/或0.1～2％的铋，余量的锌。本发明提供的ZnSn基高温无铅软钎料具有无毒、无污染的优点，熔点在250℃～450℃之间，润湿铺展性好，抗拉强度高，力学性能良好，可满足钎焊使用要求，能够替代目前广泛应用的高铅钎料或价格昂贵的Au基钎料，满足电子封装和组装领域的需要。

Description

一种ZnSn基高温无铅软钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子封装及组装用钎焊焊料技术领域，具体涉及一种ZnSn基高温无铅软钎料及其制备方法。

背景技术

SnPb钎料具有熔点比较低、价格低廉、成型美观及原材料丰富等优点，在电子封装及组装中应用最广泛，但是Pb有毒，世界各国纷纷立法限制含Pb钎料的使用。欧盟2003年2月13日正式通过ROSH指令和电气电子设备废弃法令(WEEE)，明确规定逐步限制铅在电子行业中的使用，并于2006年1月1日起禁用含铅钎料。日本贸易部将从2006年7月1日起从电子设备中全面排除包括铅在内的六种有害物质。中国信息产业部于2004年2月24日通过了《电子信息产品污染防治管理方法》，已于2005年1月1日起施行包括铅在内的六种有害物质被列入重点防治目录，因此无铅化已经成为电子产品发展的必然趋势。

目前，高温软钎料主要沿用传统的铅基钎料和金基钎料，但铅基钎料力学性能不良，在连接强度要求高的地方无法满足使用要求。金基钎料如Au-20Sn、Au-30Si和Au-26Ge，易形成脆性的AuSn₄金属间化合物，严重影响其服役的可靠性，且钎料成本极高，因此研究和开发低成本高强度的无铅高温软钎料产品势在必行。目前欧洲专利EP1705258提出了一种Bi-Ag-X合金钎料以代替高Pb钎料，其组成如下：Ag的重量百分含量为2-18％、Bi的重量百分含量为98～82％、以及重量百分含量为0.1-5.0％的微量元素Au、Cu、Sb、Zn、Sn、Ni和Ge，该Bi-Ag-X合金钎料的缺点是脆性大、加工性差。中国专利CN1221216提出了一种含Sb5-15％的Sn-Sb钎料，但该钎料中当Sb含量较低如小于10％时，Sn-Sb二元合金钎料的熔点相对较低，高温可靠性较差，且Cu或Ni基体焊盘存在溶蚀问题。中国专利CN1954958还提出了一种SnSbCu钎料，由8-20％的Sb、3-7％的Cu和5％的Sn组成，该SnSbCu钎料合金抗氧化能力较差，在高温焊接过程中会产生大量的锡渣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZnSn基高温无铅软钎料。

本发明的目的还在于提供一种ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种ZnSn基高温无铅软钎料，由以下重量百分含量的成分组成：15～40％的锡，0.5～8％的铜，0.1～1％的镧钕混合稀土，0.1～3％的镁和/或0.1～2％的铋，余量的锌。

所述的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：将原料锡、铜、镧钕混合稀土、镁和/或铋、锌放入非真空感应炉中，然后在常压下冶炼，采用LiCl和KCl为保护剂，在850～900℃温度下保温冶炼1～2小时，然后浇铸，得到ZnSn基高温无铅软钎料，所述ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：15～40％的锡，0.5～8％的铜，0.1～1％的镧钕混合稀土，0.1～3％的镁和/或0.1～2％的铋，余量的锌。

在本发明提供的ZnSn基高温无铅软钎料中，锡可以降低钎料的熔点，改善钎料的钎焊工艺性能；镧钕混合稀土可以细化钎料的组织结构，改善钎料钎焊工艺性能，提高钎料的合金力学性能；加入镁、铋可以与锡生成MgSn₂和SnBi性能增强相，具有强化钎料合金作用。

本发明提供的ZnSn基高温无铅软钎料具有无毒、无污染的优点，熔点在250℃～450℃之间，润湿铺展性好，抗拉强度高，力学性能良好，可满足钎焊使用要求，能够替代目前广泛应用的高铅钎料或价格昂贵的Au基钎料，满足电子封装和组装领域的需要。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：30％的锡，5％的铜，0.3％的镧钕混合稀土，1.6％的镁，0.1％的铋，余量的锌。

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：用电子天平称量31.5g锌、15g锡、2.5g铜、0.8g镁、0.05g铋以及0.15g镧钕混合稀土，然后将称得的各原料一起放入坩埚中，其中镧钕混合稀土置于坩埚的最下部，然后在原料上覆盖由LiCl和KCl组成的保护剂，LiCl和KCl的重量配比为1∶1，之后将坩埚放入非真空感应炉中冶炼，在常压下，于850～900℃的温度下保温冶炼2小时，在冶炼过程中每隔20分钟搅拌一次，然后浇铸，即可得到ZnSn基高温无铅软钎料。

实施例2

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：20％的锡，4％的铜，0.5％的镧钕混合稀土，1.2％的铋，余量的锌。

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：用电子天平称量37.2g锌、10g锡、2g铜、0.6g铋以及0.25g镧钕混合稀土，然后将称得的各原料一起放入坩埚中，其中镧钕混合稀土置于坩埚的最下部，然后在原料上覆盖由LiCl和KCl组成的保护剂，LiCl和KCl的重量配比为1∶1，之后将坩埚放入非真空感应炉中冶炼，在常压下，于850～900℃的温度下保温冶炼1小时，在冶炼过程中每隔30分钟搅拌一次，然后浇铸，即可得到ZnSn基高温无铅软钎料。

实施例3

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：30.3％的锡，3％的铜，0.1％的镧钕混合稀土，3％的镁，余量的锌。

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：用电子天平称量31.5g锌、15g锡、1.5g铜、1.5g镁以及0.05g镧钕混合稀土，然后将称得的各原料一起放入坩埚中，其中镧钕混合稀土置于坩埚的最下部，然后在原料上覆盖由LiCl和KCl组成的保护剂，LiCl和KCl的重量配比为1∶1，之后将坩埚放入非真空感应炉中冶炼，在常压下，于850～900℃的温度下保温冶炼2小时，在冶炼过程中每隔20分钟搅拌一次，然后浇铸，即可得到ZnSn基高温无铅软钎料。

实施例4

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：15％的锡，0.5％的铜，0.2％的镧钕混合稀土，0.1％的镁，2％的铋，余量的锌。

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：用电子天平称量41.1g锌、7.5g锡、0.25g铜、0.05g镁，1g铋以及0.1g镧钕混合稀土，然后将称得的各原料一起放入坩埚中，其中镧钕混合稀土置于坩埚的最下部，然后在原料上覆盖由LiCl和KCl组成的保护剂，LiCl和KCl的重量配比为1∶1，之后将坩埚放入非真空感应炉中冶炼，在常压下，于850～900℃的温度下保温冶炼2小时，在冶炼过程中每隔30分钟搅拌一次，然后浇铸，即可得到ZnSn基高温无铅软钎料。

实施例5

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：40％的锡，8％的铜，1％的镧钕混合稀土，0.8％的铋，余量的锌。

本实施例提供的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：用电子天平称量25.1g锌、20g锡、4g铜、0.4g铋以及0.5g镧钕混合稀土，然后将称得的各原料一起放入坩埚中，其中镧钕混合稀土置于坩埚的最下部，然后在原料上覆盖由LiCl和KCl组成的保护剂，LiCl和KCl的重量配比为1∶1，之后将坩埚放入非真空感应炉中冶炼，在常压下，于850～900℃的温度下保温冶炼2小时，在冶炼过程中每隔20分钟搅拌一次，然后浇铸，即可得到ZnSn基高温无铅软钎料。

对比例

对比例提供的ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：20％的锡和80％的锌。

对比例提供的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法为：用电子天平称量40g锌及10g锡，然后将称得的原料放入坩埚中，然后在原料上覆盖由LiCl和KCl组成的保护剂，LiCl和KCl的重量配比为1∶1，之后将坩埚放入非真空感应炉中冶炼，在常压下，于850～900℃的温度下保温冶炼2小时，在冶炼过程中每隔20分钟搅拌一次，然后浇铸，即可得到ZnSn基高温无铅软钎料。

对实施例1-5以及对比例提供的各ZnSn基高温无铅软钎料进行了有关性能测试，得到的各技术指标数据见表1所示。

表1各实施例及对比例提供的钎料的技术指标

从表1可以看出，与对比例提供的钎料相比，实施例1的钎料合金固相线和液相线分别下降了71.9℃和40.4℃，铺展面积和抗拉强度分别提高了34.8％和15.1％，导电性能略有下降。实施例2的钎料合金熔化温度稍稍降低、铺展面积及电阻率稍稍增加，抗拉强度提高了25.7％。实施例3的钎料合金固相线和液相线分别下降了78.2℃和19.4℃、铺展面积和抗拉强度分别提高了20％和16.7％，导电性能略有下降。实施例4的钎料合金熔化温度稍稍下降，铺展面积和抗拉强度与对比例钎料相当。实施例5钎料合金熔化温度明显下降，铺展面积明显提高，较对比钎料提高了60％，抗拉强度和导电性变化不大。

通过以上对比分析可以得出，本发明实施例1-5提供的ZnSn基高温无铅软钎料的熔点在250℃～450℃之间，润湿铺展性好，抗拉强度高，力学性能良好，可满足钎焊使用要求，能够替代目前广泛应用的高铅钎料或价格昂贵的Au基钎料，满足电子封装和组装领域的需要，并且不含铅，具有无毒、无污染的优点。

Claims (2)

1.一种ZnSn基高温无铅软钎料，其特征在于，该ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：15～40％的锡，0.5～8％的铜，0.1～1％的镧钕混合稀土，0.1～3％的镁和/或0.1～2％的铋，余量的锌。

2.一种权利要求1所述的ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于，将原料锡、铜、镧钕混合稀土、镁和/或铋、锌放入非真空感应炉中，然后在常压下冶炼，采用LiCl和KCl为保护剂，在850～900℃温度下保温冶炼1～2小时，然后浇铸，得到ZnSn基高温无铅软钎料，所述ZnSn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：15～40％的锡，0.5～8％的铜，0.1～1％的镧钕混合稀土，0.1～3％的镁和/或0.1～2％的铋，余量的锌。