CN103921010A - 焊接合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接合金和制造一种焊接合金的方法。该方法包括：在步骤（102）中，锡-银-铜（SAC）合金被切割成薄片，使用乙醇清洁并干燥；将在步骤（102）中得到切割薄片，放在一个氧化铝坩埚中在350℃高温氩气环境中进行熔化；在步骤（106）中，使用中度活性树脂（RMA）助焊剂包裹铂（Pt）粒子，并将RMA包裹的铂粒子加入到步骤（104）中熔化的SAC薄片里，从而获得一种混合物；在步骤（108中，对混合物进行搅拌，使铂粒子在SAC合金中均匀悬浮；以及，在步骤（110）中，将均匀的悬浊混合物在350℃下保存30分钟。本发明提供的焊接合金和方法，在焊接过程中不会形成厚的IMC层，而是形成均匀厚度相对平坦的焊接层，从而保证焊接点的强度及结构的稳定性。

Description

焊接合金

技术领域

本发明涉及焊接合金，具体涉及不含铅成分的焊接合金。

背景技术

锡-银-铜合金或称SAC合金是最常用的不含铅焊接合金。由于铅对环境的破坏作用，它被禁止在焊接合金中使用，SAC合金受到全世界范围内的关注。由于SAC合金熔点低、热稳定性好以及可湿润性，它快速替代了铅基合金。此外，SAC合金在电子工业中，更多应用在印制电路板上LED集成的表面焊接技术中。

然而，尽管使用SAC合金焊接有诸多的优势和益处，它的应用领域也遍及各个方面，但SAC焊接合金通常也存在一些问题，使之在使用过程中非常依赖于专门接受培训的人力。使用SAC焊接合金的显著劣势是会形成较厚的金属间化合物层（IMC层），由于不同的热膨胀系数（CTE）而造成的散热问题，以及为防止高I/O（输入/输出）点所需的低功率完整性。

厚IMC层的形成是最显著的劣势，其会导致在整个层上应力分布不均，从而降低了在结构使用过程中或误操作过程中的可靠性。另外，由于IMC层硬而脆的特性，厚的IMC层也会降低焊接点的可靠性。这会影响焊接点及表面贴装（SMTs）的回流焊接、老化特性、应力及剪切。

因此，需要发展一种焊接合金，其可以解决在焊接中使用SAC合金带来的问题。需要发展一种合金，其使用在焊接工艺中时，不会导致形成厚的IMC层，而是形成均匀厚度相对平坦的焊接层，从而保证焊接点的强度及结构的稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，在此提出的实施方案能提供一种焊接合金以及一种获得这种合金的工艺过程。

一方面，在此提供一种焊接合金包括银、合金和铜，其中含有包裹着中度活性树脂（RMA）助焊剂的铂粒子。该焊接合金铂粒子含量按质量百分比计为0.10%-0.50%。

另一方面，在此提供了一种制造焊接合金的方法。该方法包括：在步骤（102）中，将锡-银-铜（SAC）合金切割成薄片，用乙醇清洗并干燥；在步骤（104）中，步骤（102）中获得的切割薄片在一个氧化铝坩埚中在350℃高温氩气环境中进行熔化；在步骤（106）中，采用中度活性树脂（RMA）助焊剂包裹铂（Pt）粒子，并将RMA包裹的铂粒子加入到步骤（104）中熔化的SAC薄片里；得到一种混合物；在步骤（108）中，将混合物进行搅拌，使铂粒子在SAC合金中均匀悬浮；以及，在步骤（110）中，将均匀悬浊混合物置于350℃下保存30分钟。

采用树脂或活性树脂包裹铂粒子。铂粒子含量的按质量百分比计为0.10%到0.50%。

本发明具有的优点即是发展了一种不含铅的焊接合金，在焊接过程中不会导致形成厚的IMC层，而是形成均匀厚度相对平坦的焊接层，从而保证焊接点的强度及结构的稳定性。

附图说明

本发明的其它目标、特点及优势，将结合相关附图，在下文描述中加以说明。在附图中，所有视图里相似的参考标号表示相似对应的部件：

图1图示说明了根据此处的一个实施方案，制造一个SAC-Pt焊接合金的过程；

图2所示表格说明了SAC及SAC-Pt焊接合金在不同回流数量下的IMC层厚度；

图3所示曲线图，说明了不同焊接合金上IMC层厚度随着时间的变化情况；

图4所示曲线图，说明了不同焊接合金块状焊料的硬度；

图5所示表格，说明了不同焊接合金的焊料在剪切实验中的失效模式；

以及，图6所示为不同焊接合金IMC层的形态。

具体实施方式

接下来将结合相关附图，对本发明进行详细描述。

上文中已经指出，需要发展一种不含铅的焊接合金，在焊接过程中不会导致形成厚的IMC层，而是形成均匀厚度相对平坦的焊接层，从而保证焊接点的强度及结构的稳定性。

图1图示说明了根据一个实施例，制造一个SAC-Pt焊接合金的过程。在步骤（102）中，锡-银-铜（SAC）合金被切割成薄片，使用乙醇清洁并干燥。在步骤（104）中，SAC合金的切割薄片在一个氧化铝坩埚中在350℃高温氩气环境中进行熔化。在一个实施方案中，可使用任何其它手段来熔化SAC合金。在步骤（106）中，当温度达到350℃时，采用中度活性树脂（RMA）助焊剂包裹铂（Pt）粒子，并以不同重量百分比， 加入到步骤（104）中熔化的SAC薄片里。在步骤（108）中，混合物进行机械搅拌，使铂粒子在SAC合金中均匀悬浮。在步骤（110）中，将混合物置于350℃下保存30分钟，之后倒入一个钢质模子中。

在一个实施例中，在步骤（106）里加入到熔化SAC中的Pt粒子的质量百分比（wt）为0.10-0.30%。在一个实施例中，使用树脂或活性树脂助焊剂类。由于铂出色的抗腐蚀及耐高温能力，因此选择这种元素添加到SAC合金中。另外，铂可提高电性能，从而使印制电路板（PCB）的能量效率提高。此外，铂有较好的延展性且对环境无害。

图2所示表格说明了SAC及SAC-Pt焊接合金在不同回流数量下的IMC层厚度。可以看到，随着回流数量从1增加到4，SAC焊接合金的IMC层厚度增加超过1倍，而随着回流数量从1上升到4，SAC-Pt焊接合金的IMC层没有剧烈增加。此外，在所有回流数情况下，SAC-Pt焊接合金的IMC层厚度比SAC焊接合金的IMC层厚度小许多。可以看到，SAC-Pt合金抑制了厚IMC层的形成。

图3所示曲线图，说明了不同焊接合金上IMC层厚度随着时间的变化情况。可以看到，SAC焊接合金的IMC层厚度在30天时效后有明显的增加，而含有质量百分比为0.30%铂的SAC-Pt合金时效后在厚度上的变化最小。在结构误操作的情况下，这能提升结构的可靠性。

图4所示曲线图，说明了不同焊接合金块状焊料的硬度。可以看到，SAC焊接合金的块状焊料在时效处理后硬度较大，这会使它更脆，从而降低装置的可靠性，而含有质量百分比为0.30%铂的SAC-Pt合金在时效处理后硬度最小。

图5所示表格，说明了不同焊接合金的焊料在剪切实验中的失效模式。可以看到，对于SAC焊接合金，呈现的焊接失效模式为21%，而对于含有质量百分比为0.40%铂的SAC-Pt焊接合金，呈现的焊接失效模式为71%。这表明使用SAC-Pt焊接合金能为焊接接头提供更好的电性能。铂含量为0.40%Pt强化SAC焊料的电阻下降了超过60%。此外，在印制电路板（PCB）上通过焊料的能量耗散降低了60%，同时降低了PCB里的热量产生。这大大增加了在某些便携式电子装置上的能量储存持久性。

图6所示为不同焊接合金IMC层的形态。SAC焊接层从一开始就厚度不均，在时效过程后也同样如此，而如图中所示，含有质量百分比为0.30%铂粒子的SAC-Pt焊接层在整个时效过程中都最为均匀平坦。

尽管本发明的内容已经通过上文作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种焊接合金，其特征在于，所述焊接合金包含银、合金和铜，还含有包裹着中度活性树脂助焊剂的铂粒子。

2.根据权利要求1所述的焊接合金，其特征在于，所述焊接合金包含的所述铂粒子，其质量百分含量范围为0.10%-0.50%。

3.一种制造一种焊接合金的方法，其特征在于，所述的方法包含：

步骤102，将锡-银-铜即SAC合金切割成薄片；

步骤104，将切割的薄片进行熔化；

步骤106，采用中度活性树脂即RMA助焊剂包裹铂粒子，将RMA包裹的铂粒子加入到步骤104中熔化的SAC薄片里，获得一种混合物；

步骤108，对所述混合物进行搅拌，使铂粒子在SAC合金中均匀悬浮；

以及，步骤110，将混合物置于350℃下保存30分钟。

4.根据权利要求3所述的制造一种焊接合金的方法，其特征在于，所述的方法采用树脂或活性树脂包裹所述铂粒子。

5.根据权利要求3所述的制造一种焊接合金的方法，其特征在于，所述铂粒子的质量百分含量为0.10%到0.50%。

6.根据权利要求3所述的制造一种焊接合金的方法，其特征在于，所述的方法在步骤102中，使用乙醇清洁SAC合金的切割薄片，并将之干燥。

7.根据权利要求3所述的制造一种焊接合金的方法，其特征在于，所述切割的薄片在步骤104中，放在一个氧化铝坩埚中，在350℃高温氩气环境中进行熔化。