CN105345305A

CN105345305A - 一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料

Info

Publication number: CN105345305A
Application number: CN201510710859.6A
Authority: CN
Inventors: 唐宇; 骆少明; 李国元; 王克强; 周玉梅
Original assignee: Zhongkai University of Agriculture and Engineering
Current assignee: Zhongkai University of Agriculture and Engineering
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-02-24

Abstract

本发明公开了一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，涉及钎料材料技术领域，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc？0.01~0.3%，Ag？0.1~1.0%，Cu？0~1.5%，其余为Sn。本发明的钎料与普通钎料相比，润湿力提高，润湿时间缩短，并且界面金属间化合物厚度降低，拉伸性能提高，抗蠕变性能更优良。

Description

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料

技术领域

本发明涉及钎料技术领域，尤其涉及一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料。

背景技术

随着电子产品朝着高性能的微型化方向发展，微电子器件和焊点的尺寸越来越小，焊点承受的载荷越来越大，对焊点可靠性的要求也越来越高。低银Sn-Ag-Cu系无铅钎料由于其较高的性价比，深受各大厂商的青睐，但界面金属间化合物IMC过量生长和力学性能不足，对焊点长期可靠性是不利的，限制了其高端应用。在众多的Sn-Ag-Cu系无铅钎料中，受到关注最多的是欧盟推荐的Sn-3.8Ag-0.7Cu、美国NEMI推荐的Sn-3.9Ag-0.6Cu和日本JEITA推荐的Sn-3.0Ag-0.5Cu，但是现有的这些钎料，由于Ag含量较高而使钎料的成本较高，而Ag含量的减少对无铅钎料性能产生不良的影响，因此，研究高性能低银Sn-Ag-Cu系无铅钎料具有重要意义和使用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钎焊性能良好、焊点力学性能优良，特别是抗蠕变性能良好的Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.01~0.3%，Ag0.1~1.0%，Cu0~1.5%，其余为Sn。

微量高熔点元素Tc可均匀地分布在熔融的复合钎料中，这为Cu₆Sn₅成核提供了成核点，将会有更多的核通过能垒而稳定生长，因此添加微量元素Tc可以增加Cu₆Sn₅的成核速率和减小IMC晶粒的尺寸，细化基体组织，提高了钎料的力学性能。

优选地，所述Tc的质量百分比为0.02~0.2%。

优选地，所述Ag的质量百分比为0.3%。

优选地，所述Cu的质量百分比为0.7%。

所述Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料的制备步骤具体为：按配比将四种原料在真空或氮气保护下直接混合熔炼，直至所有材料全部融化。熔炼的最高温度以所有材料能够全部融化为准，否则会引起钎料的化学组成或金相组织不均匀，影响钎料的性能。进一步的，可通过挤压、拉拔等手段得到丝材，采用制粉设备可将其制成颗粒状。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1．本发明与普通低银无铅钎料相比，润湿力提高，润湿时间缩短，并且焊点界面金属间化合物厚度降低，拉伸性能提高，抗蠕变性能更优良。

2．本发明提供的钎料可以用于电子封装或组装中的各个焊接环节，特别适合于高密度电子封装，其应用领域广阔。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.01%，Ag0.1%，其余为Sn，通过直接熔炼制备Sn-0.1Ag-0.01Tc钎料。

实施例2

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.3%，Ag1.0%，Cu1.5%，其余为Sn，通过直接熔炼制备Sn-1.0Ag-1.5Cu-0.3Tc钎料。

实施例3

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.02%，Ag0.1%，其余为Sn，通过直接熔炼制备Sn-0.1Ag-0.02Tc钎料。

实施例4

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.2%，Ag1.0%，Cu1.5%，其余为Sn，通过直接熔炼制备Sn-1.0Ag-1.5Cu-0.2Tc钎料。

实施例5

一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.1%，Ag0.3%，Cu0.7%，其余为Sn，通过直接熔炼制备Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.1Tc钎料。

对比例1

除了Tc的质量百分比为0.005%，Ag0.1%，其余为Sn外，其它条件同实施例1。

对比例2

除了Tc的质量百分比为0.5%，Ag1.0%，Cu1.5%，其余为Sn外，其它条件同实施例2。

对比例3

除了Tc的质量百分位为0.3%，Ag1.0%，Cu2.0%，其余为Sn外，其它条件同实施例2。

对比例4

除了Tc的质量百分比为0.01%，Ag0.05%，其余为Sn外，其它条件同实施例1。

对比例5

除了Tc的质量百分比为0.3%，Ag2.0%，Cu1.5%，其余为Sn外，其它条件同实施例2。

对比例6

一种低银无铅钎料，包括下述质量百分比的各原料组分：Ag3.8%，Cu0.7%，其余为Sn，通过直接熔炼制备Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料。

对实施例1~5和对比例1~6进行润湿力、润湿时间、界面金属间化合物厚度、拉伸强度以及蠕变断裂寿命测试；

1．将炼好的钎料制成mm³的圆柱，使用润湿力测量仪进行润湿力和润湿时间测试；

2．界面金属间化合物厚度测试为将熔炼好的钎料置于铜基板上（紫铜箔作为基板材料，其Cu含量达到99.9%，厚度为0.3mm，经研磨以及抛光后制成），经回流焊炉回流（回流保温时间为60s），形成良好焊点后测量界面金属间化合物的生长厚度；

3．采用电子万能材料实验机对尺寸为20mm×1.5mm×0.5mm的钎料合金进行拉伸测试；

4．采用蠕变试验机对尺寸为20mm×1.5mm×0.5mm的钎料合金在25℃，22.5MPa拉力下进行蠕变断裂时间测试；

结果如下表：

项目	润湿力（10^-5N/cm）	润湿时间（s）	界面金属间化合物厚度（μm）	拉伸强度（MPa）	蠕变断裂时间（h）
						实施例1	2.641	3.175	1.908	50.13	71.2
实施例3	2.654	3.141	1.726	53.16	85.4
						实施例3	2.682	3.062	1.895	51.09	74.3
实施例4	2.697	3.089	1.712	54.78	86.9
						实施例5	2.837	2.791	1.625	56.72	90.5
对比例1	2.516	3.419	1.943	49.25	69.3
						对比例2	2.623	3.278	1.824	51.76	82.9
对比例3	2.702	3.015	1.799	52.01	83.4
						对比例4	2.615	3.214	1.917	48.17	68.1
对比例5	2.638	3.209	1.693	55.32	87.2
						对比例6	2.711	2.892	1.899	51.05	73.8

通常为了提高钎料的钎焊性能需要提高Ag的含量，但是Ag的含量提高会导致成本的上升，而从上述表征数据可以看出，本发明在降低Ag含量的情况下，依然能保持优越的钎焊性能，尤其实施例5制备的钎料，其性能最为优越。

Claims

1.一种Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，其特征在于，包括下述质量百分比的各原料组分：Tc0.01~0.3%，Ag0.1~1.0%，Cu0~1.5%，其余为Sn。

2.根据权利要求1所述的Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，其特征在于，所述Tc的质量百分比为0.02~0.2%。

3.根据权利要求1所述的Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，其特征在于，所述Ag的质量百分比为0.3%。

4.根据权利要求1所述的Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，其特征在于，所述Cu的质量百分比为0.7%。

5.根据权利要求1所述的Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，其特征在于，所述Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料的制备步骤具体为：按配比将四种原料在真空或氮气保护下直接混合熔炼，直至所有材料全部融化。

6.根据权利要求5所述的Sn-Ag-Cu-Tc低银无铅钎料，其特征在于，混合熔炼后的原料通过挤压或拉拔得到丝材，并制备成颗粒状。