CN111482729A - 适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种无铅焊料合金组合物(其中，将纳米尺寸陶瓷粉末添加剂添加到Sn‑Cu‑Bi、Sn‑Ag‑Bi或Sn‑Ag‑Cu‑Bi的无铅焊料合金中)以及用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法。

Description

适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物及其制备方法
技术领域
本公开涉及一种能够代替常规无铅焊料的通用无铅焊料合金组合物以及用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法；更特别地，本公开涉及一种长期可靠的无铅焊料合金组合物(所述无铅焊料合金组合物适用于高温和振动环境，具有优异的润湿性和低空隙系数，并且在工作温度范围内展现出高抗疲劳性)、用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法以及包含所述无铅焊料合金组合物的焊膏(solder paste)、焊料预制件(solderpreform)、焊球(solder ball)、焊丝(solder wire)和焊条(solder bar)。
背景技术
Sn-37Pb焊料是在传统技术中已知的典型焊料合金，具有低熔点(熔点：183℃)和高机械性能，因此已经普遍用于工业和家用电子产品以及汽车电子产品。然而，由于焊料的铅(Pb)组分已被指定为引起环境污染的环境污染物并对人体有害，RoHS、WEEE等宣布限制使用铅焊料，因而禁止在家用电器领域使用铅焊料。此外，ELV条例已在欧洲实施，并且已经进行了各种无铅焊料的开发来代替汽车电子产品中的铅焊料。
特别地，已经开发了各种无铅焊料合金，如Sn-Cu基合金、Sn-Ag-Cu基合金、Sn-Bi基合金以及Sn-Zn基合金。在这些无铅焊料合金中，具有Sn-0.1％至3.5％的Ag-0.5％至0.7％的Cu的组成的焊料(熔点：217℃)在润湿性和强度之间具有良好平衡，因此已被广泛使用。但是，与作为常规铅焊料的Sn-37Pb焊料(熔点：183℃)相比，它的润湿性和焊接性能不良，并且应在其上施加250℃或更高的峰值温度曲线以确保稳定的焊接良率。此时，在250℃或更高的峰值温度下，可能在焊点(solder joints)之间的界面处形成过多的金属间化合物(IMC)层。特别地，常规铅焊料(Sn-37Pb)由于由铅(Pb)产生的良好韧性而具有良好的长期使用可靠性。然而，随着将其转化为无铅焊料，剪切强度得以改善，但是出现了如下问题：由于取决于PCB板的高温和振动环境的韧性不良而导致可靠性劣化。
在试图解决该问题的过程中，韩国专利申请号10-2014-0063662A和10-2017-0131280A提出了一种多组分合金焊料，除了Sn-Ag-Cu基焊料合金之外，该多组分合金焊料还包含Cu、Ag、Al、Au、Cr、In、Sb、Sc、Y、Zn、Ce、Co、Ge、Mn、Ni和Ti；并且，韩国专利号10-1142814提出了一种能够确保优异的可靠性的焊膏，该焊膏为具有减少的Ag含量(0.05wt％至2.0wt％)的无铅焊料合金，其由Cu、Sb、Bi、In、Ge和Co以及作为余量的Sn组成。
该方法是一种通过借助多组分微合金化诱导沉淀强化(precipitationstrengthening)而获得的沉淀强化结构来提高强度从而改善性能的方法。但是，沉淀强化合金的缺点在于：强度随温度升高而迅速降低；以及，在长期使用期间，沉淀强化晶粒(grains)由于浓度差而消失或由于与基体反应而粗化并引起裂纹。另外，这些合金的问题在于：润湿性仍然比铅焊料的润湿性差，并且因此产生空隙。
发明内容
已经构思了本公开来解决上述问题，本公开的一个目的是提供一种适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物以及用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法，其中，将纳米尺寸陶瓷粉末作为添加剂添加到无铅焊料合金中，从而通过借助纳米-弥散强化(nano-dispersion strengthening)的结构细化来改善韧性，并降低随温度升高的强度降低速率。
本公开的另一个目的是提供一种无铅焊料合金组合物以及用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法，其中，使用添加剂来抑制具有致命脆性(fatal brittleness)的金属间化合物(IMC)的生长，从而减少裂纹产生以及提高合金组合物的粘合强度。
本公开的又一个目的是提供各自均由所述无铅焊料合金组合物组成的焊膏、焊料预制件、焊球、焊丝和焊条。
为了实现上述目的，本公开提供了一种适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物，所述组合物包含：Sn-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi、Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-1.0wt％至10wt％的Bi或Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi的无铅焊料合金；以及作为所述无铅焊料合金的添加剂的纳米尺寸陶瓷粉末。
另外，所述添加剂可以包含选自于由以下添加剂所组成的组中的一种或多种：硼(B)、钛(Ti)、铝(Al)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钇(Y)、镧(La)、锡(Sn)、硅(Si)、银(Ag)、铋(Bi)、铜(Cu)、金(Au)、镁(Mg)、钯(Pd)、铂(Pt)或锌(Zn)的氧化物、氮化物和碳化物。
此外，基于所述无铅焊料合金组合物的重量，所述添加剂的含量可以为0.01wt％至2.0wt％。
另外，所述添加剂可以具有小于1,000nm的尺寸。
本公开还提供了一种焊膏，所述焊膏包含：无铅焊料合金；添加剂；以及助焊剂(flux)。
本公开还提供了使用所述无铅焊料合金组合物形成的焊料预制件。
本公开还提供了使用所述无铅焊料合金组合物形成的焊球。
本公开还提供了使用所述无铅焊料合金组合物形成的焊丝。
本公开还提供了使用所述无铅焊料合金组合物形成的焊条。
本公开还提供了一种用于制备无铅焊料合金组合物的方法，所述方法包括：将Sn-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi、Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-1.0wt％至10wt％的Bi或Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi的无铅焊料合金熔融；以及向熔融的无铅焊料合金中添加纳米尺寸陶瓷粉末作为添加剂。
附图说明
图1(a)是显示不含添加剂的Sn-0.5Ag-4Bi焊料的微观结构的照片。
图1(b)是显示含有纳米尺寸陶瓷粉末(La2O3)作为添加剂的Sn-0.5Ag-4Bi焊料的微观结构的照片。
图1(c)是显示不含添加剂的Sn-0.5Ag-4Bi焊料的金属间化合物(IMC)层的照片。
图1(d)是显示含有纳米尺寸陶瓷粉末(La2O3)作为添加剂的Sn-0.5Ag-4Bi焊料的金属间化合物(IMC)层的照片。
图2是示出沉淀强化和弥散强化的强度的温度依赖性变化的图(参见：Dong-Nyeong,Lee,Mechanical Behavior of materials；Decrease in strength withincreasing temperature is small)。
图3是示出其中纳米尺寸陶瓷粉末分散在沉淀相中的状态的TEM图像。
图4(a)是示出在热冲击之前和之后测量MLCC 1210的粘合强度的结果的图。
图4(b)是示出在热冲击之前和之后测量QFP44的拉伸强度的结果的图。
图5是示出在热冲击之前和之后测量根据本公开的无铅焊料的韧性的结果的图。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述根据本公开的适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物以及用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法。
根据本公开的适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物可以包含：Sn-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi、Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-1.0wt％至10wt％的Bi或Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi的无铅焊料合金；以及作为添加剂添加到所述无铅焊料合金中的纳米尺寸陶瓷粉末。
根据本公开的用于制备无铅焊料合金组合物的方法可以包括：将Sn-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi、Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-1.0wt％至10wt％的Bi或Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi的无铅焊料合金熔融；以及向熔融的无铅焊料合金中添加纳米尺寸陶瓷粉末作为添加剂。
本公开的无铅焊料合金组合物基于Sn-Cu-Bi、Sn-Ag-Bi或Sn-Ag-Cu-Bi，其为Bi基沉淀强化合金，并包含添加用于弥散强化的纳米尺寸陶瓷粉末作为添加剂。
如果根据本公开的无铅焊料合金中的Ag含量小于0.1wt％，将不会表现出改善强度和可靠性的效果；如果Ag含量大于10wt％，金属间化合物的量将增加。另外，如果Bi含量小于0.1wt％，沉淀强化作用将不足；如果Bi含量大于10wt％，熔点和凝固范围(solidification range)将变宽，因此，由于热疲劳反复施加在焊接区域上，可能会产生开裂现象。另外，如果Cu含量小于0.1wt％，合金的润湿性将会不良，因为该合金接近纯锡；如果Cu含量大于10wt％，会出现合金熔点升高这样的问题。
本公开的特征在于将添加剂添加到无铅焊料合金中。所述添加剂优选为纳米尺寸陶瓷粉末。所述陶瓷粉末包含选自于由以下所组成的组中的一种或多种：硼(B)、钛(Ti)、铝(Al)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钇(Y)、镧(La)、锡(Sn)、硅(Si)、银(Ag)、铋(Bi)、铜(Cu)、金(Au)、镁(Mg)、钯(Pd)、铂(Pt)或锌(Zn)的氧化物、氮化物和碳化物。
本公开的添加剂可以具有下表中所示的分子式。下表阐释了上述元素的氧化物、氮化物和碳化物的代表性分子式，但所述添加剂不限于此，可以具有处于所述元素的氧化物、氮化物和碳化物形式的其它分子式。
元素 B Ti Al V Cr Mn
氧化物 B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> TiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> V<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MnO<sub>2</sub>
氮化物 BN TiN AlN VN CrN MnN
碳化物 B<sub>4</sub>C TiC Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub> VC Cr<sub>3</sub>C<sub>2</sub> Mn<sub>3</sub>C
元素 Fe Co Ni Zr Nb Mo
氧化物 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CoO NiO ZrO<sub>2</sub> Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> NoO<sub>3</sub>
氮化物 Fe<sub>2</sub>N CoN<sub>2</sub> Ni<sub>3</sub>N ZrN NbN Mo<sub>2</sub>N
碳化物 Fe<sub>3</sub>C CoC Ni<sub>3</sub>C ZrC NbC MoC
元素 Zr La Sn Si Ag Bi
氧化物 ZrO<sub>2</sub> La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SnO<sub>2</sub> SiO<sub>2</sub> Ag<sub>2</sub>O Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
氮化物 ZrN LaN Sn<sub>3</sub>N<sub>4</sub> Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> Ag<sub>3</sub>N BiN
碳化物 ZrC LaC<sub>2</sub> SnC SiC Ag<sub>2</sub>C<sub>2</sub> BiC
元素 Cu Au Mg Pd Pt Zn
氧化物 CuO AuO MgO PdO PtO<sub>2</sub> ZnO
氮化物 Cu<sub>3</sub>N - Mg<sub>3</sub>N<sub>2</sub> - PtN Zn<sub>3</sub>N<sub>2</sub>
碳化物 CuC<sub>2</sub> Au<sub>2</sub>C<sub>2</sub> MgC<sub>2</sub> PdC PtC ZnC
基于无铅焊料合金组合物的重量，添加剂的含量为0.01wt％至2.0wt％。如果添加剂含量小于0.01wt％，与常规的Sn-Cu-Bi、Sn-Ag-Bi或Sn-Ag-Cu-Bi合金的性质相比而言在高温和振动环境中改善的性质将不会出现；如果添加剂含量大于2.0wt％，添加剂将使组合物的焊接性能劣化，并引起作为润湿失败(wetting failure)的去润湿(dewetting)现象。
添加剂的颗粒尺寸(particle size)为纳米级别，并优选小于1,000nm。如果添加剂的颗粒尺寸大于1,000nm，可能会出现该添加剂在合金中作为杂质起作用这样的问题。然而，即使添加剂的颗粒尺寸很小，添加剂也有效，只是存在增加成本的问题。由于该原因，没有颗粒尺寸的下限。
如图1(a)所示，观察到不含添加剂的无铅焊料合金组合物的平均晶粒尺寸(average grain size)为约2.7μm。如图1(b)所示，观察到含有La2O3作为添加剂的无铅焊料合金组合物的平均晶粒尺寸为约1.9μm。因此，证实了根据本公开的无铅焊料合金组合物的平均晶粒尺寸比不含添加剂的无铅焊料合金组合物的平均晶粒尺寸小约29％。
另外，观察到未向其添加根据本公开的添加剂的无铅焊料合金组合物的平均IMC层厚度为5.9μm，并观察到根据本公开的含有La2O3的无铅焊料合金组合物的平均IMC层厚度为2.3μm。因此，证实了根据本公开的无铅焊料合金组合物的平均IMC层厚度比不含添加剂的无铅焊料合金组合物的平均IMC层厚度小约61％。
即，随着添加本公开的添加剂，焊料的晶粒细化并且IMC层的尺寸也减小。特别地，具有高脆性的金属间化合物(如Ag3Sn和Cu6Sn5)在反复的热冲击和疲劳测试中引起裂纹和剥落，但是根据本公开，该IMC层的尺寸减小，因此可以控制高温环境下的裂纹和剥落。另外，通常，当金属晶粒细化时，如Hall-Petch方程所证明的，屈服强度和拉伸强度增加。
图2是示出随着温度升高沉淀强化和纳米-弥散强化的拉伸强度减小的图；图3是示出其中纳米尺寸陶瓷粉末分散在沉淀相中的状态的TEM图像。
当初始温度升高时，沉淀强化合金的晶粒尺寸受到抑制。然而，当合金在高于某一温度下连续使用时，沉淀相由于浓度差而消失，或者在晶界处的晶粒和连续生长沉淀相可变脆并可作为破裂部位起作用，并且粗化晶粒易于破裂，因此合金的强度值降低很大。
然而，在纳米-弥散强化合金的情况下，即使在温度升高时，纳米尺寸陶瓷粉末既不生长也不消失，因此可以均匀地分散在晶粒周围，并且可以抑制合金的金属间化合物和晶粒的粗化。
本公开具有双重作用，因为纳米尺寸陶瓷粉末分散在Bi基沉淀强化材料周围，并且防止沉淀强化晶粒由于浓度差而消散(dissipating)或由于与基体反应而粗化。因此，即使在温度升高时，也连续地抑制由初始的细化晶粒和金属间化合物引起的裂纹的发展，因此合金的强度值变化小。另外，由于纳米尺寸陶瓷粉末抑制金属间化合物和晶粒的粗化，因此其具有改善铺展性和润湿性的特性，从而抑制空隙产生。
本公开的焊膏的特征在于包含：根据本公开的无铅焊料合金粉末和添加剂；以及助焊剂。即使当纳米尺寸陶瓷粉末分散在助焊剂中而不分散在无铅焊料合金中时，根据本公开的焊膏也具有相同的效果。也就是说，可以通过将无铅焊料合金粉末与纳米尺寸陶瓷粉末添加剂混合并将该混合物与助焊剂混合来制备焊膏；或者可以通过将纳米尺寸陶瓷粉末添加剂分散在助焊剂中并向其中添加无铅焊料合金粉末来制备焊膏。此时，当简单地分散纳米尺寸陶瓷粉末时，其效果小。应当将纳米尺寸陶瓷粉末分散成具有网络结构，从而能够在焊接过程中再次分散在合金中以形成纳米-弥散强化合金。
本公开的无铅焊料合金组合物可以制备为焊球、焊条、焊丝、焊料预制件等形式，可以对它们进行弥散强化和结构细化。
本公开的焊料预制件可以由根据本公开的无铅焊料合金组合物组成，并且可以为片状形式。本公开的焊球可以由根据本公开的无铅焊料合金组合物组成。本公开的焊丝可以由根据本公开的无铅焊料合金组合物组成。本公开的焊条可以由根据本公开的无铅焊料合金组合物组成。制备为上述产品形式的适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物可用作电子产品、汽车电子产品或半导体器件的粘合材料。
实施例
在下文中，将参考具体实施例和比较例来详细描述本公开。这些实施例和比较例仅用于说明本公开，并且不应被解释为限制本公开的范围。
实施例1
将无铅焊料合金组合物(该无铅焊料合金组合物通过将陶瓷粉末作为添加剂以基于无铅焊料合金组合物的重量为0.01wt％至2.0wt％的量添加到无铅焊料合金中而获得)与助焊剂以88.5wt％(组合物):11.5wt％(助焊剂)的比例混合，从而制备焊膏。
实施例2
将陶瓷粉末作为添加剂分散在助焊剂中，然后与无铅焊料合金粉末混合，从而制备焊膏。
实施例3至实施例4以及实施例7至实施例10
将无铅焊料合金组合物(该无铅焊料合金组合物通过将陶瓷粉末作为添加剂以基于无铅焊料合金组合物的重量为0.01wt％至2.0wt％的量添加到无铅焊料合金中而获得)与助焊剂以88.5wt％(组合物):11.5wt％(助焊剂)的比例混合，从而制备焊膏。
实施例5和实施例6
将无铅焊料合金组合物(该无铅焊料合金组合物通过将陶瓷粉末作为添加剂以基于无铅焊料合金组合物的重量为0.01wt％至2.0wt％的量添加到无铅焊料合金中而获得)轧制，从而制备厚度为0.1mm的焊料预制件。比较例1至比较例4以及比较例7和比较例8
将无铅焊料合金粉末与助焊剂混合，而不添加陶瓷粉末作为添加剂，从而制备焊膏。
比较例5和比较例6
将未向其添加陶瓷粉末作为添加剂的无铅焊料合金轧制，从而制备厚度为0.1mm的焊料预制件。
比较例9
将无铅焊料合金组合物(该无铅焊料合金组合物通过将0.005wt％的陶瓷粉末作为添加剂添加到无铅焊料合金中而获得)与助焊剂以88.5wt％(组合物):11.5wt％(助焊剂)的比例混合，从而制备焊膏。
比较例10
将无铅焊料合金组合物(该无铅焊料合金组合物通过将2.1wt％的陶瓷粉末作为添加剂添加到无铅焊料合金中而获得)与助焊剂以88.5wt％(组合物):11.5wt％(助焊剂)的比例混合，从而制备焊膏。
下表1示出了实施例1至实施例10以及比较例1至比较例10中使用的无铅合金和添加剂的种类、含量和产品形式。
[表1]
无铅焊料合金 添加剂 产品形式
比较例1 Sn-1.5Ag-4Bi - 焊膏
比较例2 Sn-1.5Ag-8Bi - 焊膏
比较例3 Sn-0.5Cu-6Bi - 焊膏
比较例4 Sn-0.5Cu-12Bi - 焊膏
比较例5 Sn-1.5Ag-0.5Cu-6Bi - 焊料预制件
比较例6 Sn-1.5Ag-0.5Cu-8Bi - 焊料预制件
比较例7 Sn-2.0Ag-1Cu-4Bi - 焊膏
比较例8 Sn-2.0Ag-1Cu-6Bi - 焊膏
比较例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.005CrN 焊膏
比较例10 Sn-3.0Ag-1.5Cu-8Bi 2.1Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏
实施例1 Sn-1.5Ag-4Bi 0.1La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏
实施例2 Sn-1.5Ag-8Bi 0.1TiO<sub>2</sub> 焊膏
实施例3 Sn-0.5Cu-6Bi 0.2ZrC 焊膏
实施例4 Sn-0.5Cu-12Bi 0.2SiC 焊膏
实施例5 Sn-1.5Ag-0.5Cu-6Bi 0.1AlN 焊料预制件
实施例6 Sn-1.5Ag-0.5Cu-8Bi 0.1MnN 焊料预制件
实施例7 Sn-2.0Ag-1Cu-4Bi 0.2ZnO 焊膏
实施例8 Sn-2.0Ag-1Cu-6Bi 0.2CuC<sub>2</sub> 焊膏
实施例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.01CrN 焊膏
实施例10 Sn-3.0Ag-1.5Cu-8Bi 2.0Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏
对于本公开的无铅焊料合金组合物，评估以下项目。
<评估项目>
1.在经OSP、HASL、Sn等进行表面处理的PCB板上施加膏。
2.观察微观结构：晶粒尺寸和金属间化合物(IMC)尺寸。
3.热冲击测试：评估高温环境耐久性(-40℃至125℃，保持各10分钟，3000个循环)。
4.粘合强度：热冲击之前/之后的剪切强度。
5.铺展测试：JIS Z 3197。
6.粘性测试：JIS Z 3284。
7.空隙评估：焊接后通过X射线测量空隙系数。
8.润湿性测试：JIS Z 3284。
<详细测试方法>
(1)热冲击测试和粘合强度
进行热冲击测试和粘合强度测试以确认高温环境下的可靠性。热冲击测试使用升降机型(elevator-type)热冲击测试仪通过测量在1000个循环、2000个循环和3000个循环(各自分别由在-40℃保持10分钟并在125℃保持10分钟构成)时的强度变化来进行，并计算韧性。使用剪切强度测试仪在剪切高度60μm、测试速度300μm/s以及前进速度(land speed)100μm/s的条件下进行粘合强度测试。在粘合强度测试中，测量五个样品的粘合强度的平均值和标准偏差，并通过在应力-应变曲线中对面积值积分来计算韧性。
(2)铺展测试
铺展测试根据JIS-Z-3197标准进行。首先，将尺寸为30mm×30mm×0.3mm的铜片抛光，然后用乙醇清洗。干燥后，将其在150℃下加热1小时以形成均匀的氧化物层。将0.3g焊料粉末与0.03g助焊剂混合，并放置在铜片中央。将该片放置在加热至250℃的热板上。片刻后，位于铜片中央的焊料粉末开始熔融。在将铜片在焊浴(250℃下熔融)中保持30秒并且焊料粉末完全熔融并铺展后，将铜片从焊浴中取出并在室温下冷却。使用在冷却铜板上铺展的焊料进行铺展测试，并测量焊料的铺展率。
(3)粘性测试
在粘性测试中，使用具有厚度为0.2mm且直径为6.5mm的孔的金属掩模将焊膏印刷在玻璃板或陶瓷板上。在配备压力计的粘性测量装置中通过使用由不锈钢(STS)制成的圆柱探头(直径：5.10±0.13mm)在以下条件下测量印刷的焊膏的粘性，对此时的最大负荷测量五次并进行平均：
-探头下降速度：2.0mm/s
-膏压制压力：50±5g
-膏压制时间：0.2秒以内
-探头上升速度：10mm/s。
(4)空隙测试
在空隙测试中，使用X射线系统测量刚焊接后在芯片下方形成的焊料层的空隙尺寸。计算空隙面积与总面积的比例并记录结果。较大的空隙面积意味着较小的焊点面积，这会增加电阻并降低散热性能，从而对性能产生不利影响。
(5)润湿性测试
在润湿性测试中，使用丝网印刷机将焊膏施加到PCB板上，并评估在回流工艺中是否会形成与相邻电路的桥接。在评估过程中，根据JIS Z3284附录10的表1中所示的铺展状态对润湿性进行分级。
Figure BDA0002379160650000111
<评估结果>
(1)粘合强度和韧性
将本公开中制备的各焊料合金组合物制备为膏和预制件，然后将它们安装在PCB板上，并进行回流后(post-reflow)的初始、1000个循环、2000个循环和3000个循环的热冲击测试。然后，根据芯片大小和种类，将粘合强度的测量结果示于图4(a)(MLCC 1210)和图4(b)(QFP44)中。
基于图4(a)和图4(b)，证实了当将纳米尺寸陶瓷粉末添加到根据本公开的无铅焊料合金中时，初始强度值高并且强度随着热冲击循环数增加而降低的速率低；反之，当不添加纳米尺寸陶瓷粉末时，在从初始阶段进展至1000个循环和2000个循环期间，强度快速下降。
认为这种效应发生的原因是纳米尺寸陶瓷粉末分散在合金中并干扰了晶界生长(晶粒尺寸)和金属间化合物生长(如从图1中可以看出的)，并且结构细化最终改善了韧性，干扰了由热冲击引起的裂纹传播，并且增加了冲击能量吸收效率，从而抑制了焊料粘合强度的降低。
图5是示出韧性的图。如从图5中可以看出的，确认了与未向其添加纳米尺寸陶瓷粉末的无铅焊料合金的情况相比，在向其添加了纳米尺寸陶瓷粉末的无铅焊料合金的情况下，韧性得以改善，并且对由热冲击而引起的应力的耐受性提高。
(2)铺展性
下表2显示了各无铅焊料合金组合物的铺展率的测量结果。由于产品形式是焊料预制件，比较例5和比较例6以及实施例5和实施例6被排除在评估结果之外。
测量了制备为焊膏产品形式的样品的铺展率，其结果是，如下表2所示，确认了与比较例相比，在添加了0.01wt％至2.0wt％的纳米尺寸陶瓷粉末作为添加剂的实施例中，铺展性更好。然而，当以0.005wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时(比较例9)，没有效果。这表明当以0.01wt％至2.0wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时，改善了合金的流动性，从而改善了铺展性；但是，当以小于0.01wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时，也没有效果。具有良好铺展率的焊料在焊接期间在灵敏的电子零件或电路板上良好地铺展，并且容易形成焊料填角(solder fillet)，因此具有减少焊料缺陷和增加灵敏度的优点。
[表2]
无铅焊料合金 添加剂 产品形式 铺展率(％)
比较例1 Sn-1.5Ag-4Bi - 焊膏 73
比较例2 Sn-1.5Ag-8Bi - 焊膏 74
比较例3 Sn-0.5Cu-6Bi - 焊膏 75
比较例4 Sn-0.5Cu-12Bi - 焊膏 77
比较例7 Sn-2.0Ag-1Cu-4Bi - 焊膏 76
比较例8 Sn-2.0Ag-1Cu-6Bi - 焊膏 77
比较例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.005CrN 焊膏 78
实施例1 Sn-1.5Ag-4Bi 0.1La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 79
实施例2 Sn-1.5Ag-8Bi 0.1TiO<sub>2</sub> 焊膏 80
实施例3 Sn-0.5Cu-6Bi 0.2ZrC 焊膏 82
实施例4 Sn-0.5Cu-12Bi 0.2SiC 焊膏 84
实施例7 Sn-2.0Ag-1Cu-4Bi 0.2ZnO 焊膏 83
实施例8 Sn-2.0Ag-1Cu-6Bi 0.2CuC<sub>2</sub> 焊膏 84
实施例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.01CrN 焊膏 83
(3)空隙系数
下表3示出了各无铅焊料合金组合物的空隙系数的测量结果。
确认了与比较例相比，在以0.01wt％至2.0wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末的实施例中，空隙系数较低。这表明纳米尺寸陶瓷粉末的添加改善了合金的流动性，导致空隙系数降低。然而，可以看出，当以0.005wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时(比较例9)，其在上述范围之外，则没有效果；并且，当以2.1wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时(比较例10)，它引起去润湿并增加了空隙系数。此外，当Bi含量增加时，可以降低熔点并且可以稍微改善润湿性；但是，当Bi含量高于合适水平时，由于Bi具有硬化性，空隙系数也可能增加。因此，Bi含量优选为10wt％以下。
[表3]
无铅焊料合金 添加剂 产品形式 空隙系数(％)
比较例1 Sn-1.5Ag-4Bi - 焊膏 10.4
比较例2 Sn-1.5Ag-8Bi - 焊膏 11.2
比较例3 Sn-0.5Cu-6Bi - 焊膏 14.0
比较例4 Sn-0.5Cu-12Bi - 焊膏 19.5
比较例5 Sn-1.5Ag-0.5Cu-6Bi - 焊料预制件 10.2
比较例6 Sn-1.5Ag-0.5Cu-8Bi - 焊料预制件 12.5
比较例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.005CrN 焊膏 13.6
比较例10 Sn-3.0Ag-1.5Cu-8Bi 2.1Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 14.6
实施例1 Sn-1.5Ag-4Bi 0.1La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 7.3
实施例2 Sn-1.5Ag-8Bi 0.1TiO<sub>2</sub> 焊膏 8.1
实施例3 Sn-0.5Cu-6Bi 0.2ZrC 焊膏 8.0
实施例4 Sn-0.5Cu-12Bi 0.2SiC 焊膏 14.4
实施例5 Sn-1.5Ag-0.5Cu-6Bi 0.1AlN 焊料预制件 8.2
实施例6 Sn-1.5Ag-0.5Cu-8Bi 0.1MnN 焊料预制件 8.4
实施例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.01CrN 焊膏 8.1
实施例10 Sn-3.0Ag-1.5Cu-8Bi 2.0Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 9.2
(4)润湿性
下表4显示了各无铅焊料合金组合物的润湿性的测量结果。
确认了与比较例相比，在以0.01wt％至2.0wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末的实施例中，合金的润湿性更好。这表明纳米尺寸陶瓷粉末的添加改善了合金的流动性，导致润湿性提高。然而，可以看出，当以0.005wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时(比较例9)，其在上述范围之外，则没有效果；并且，当以2.1wt％的量添加纳米尺寸陶瓷粉末时(比较例10)，润湿性降低而不是提高。
[表4]
无铅焊料合金 添加剂 产品形式 润湿性级别
比较例1 Sn-1.5Ag-4Bi - 焊膏 2
比较例2 Sn-1.5Ag-8Bi - 焊膏 2
比较例3 Sn-0.5Cu-6Bi - 焊膏 2
比较例4 Sn-0.5Cu-12Bi - 焊膏 3
比较例5 Sn-1.5Ag-0.5Cu-6Bi - 焊料预制件 2
比较例6 Sn-1.5Ag-0.5Cu-8Bi - 焊料预制件 2
比较例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.005CrN 焊膏 2
比较例10 Sn-3.0Ag-1.5Cu-8Bi 2.1Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 3
实施例1 Sn-1.5Ag-4Bi 0.1La<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 1
实施例2 Sn-1.5Ag-8Bi 0.1TiO<sub>2</sub> 焊膏 1
实施例3 Sn-0.5Cu-6Bi 0.2ZrC 焊膏 1
实施例4 Sn-0.5Cu-12Bi 0.2SiC 焊膏 2
实施例5 Sn-1.5Ag-0.5Cu-6Bi 0.1AlN 焊料预制件 1
实施例6 Sn-1.5Ag-0.5Cu-8Bi 0.1MnN 焊料预制件 1
实施例9 Sn-3.0Ag-1.5Cu-6Bi 0.01CrN 焊膏 1
实施例10 Sn-3.0Ag-1.5Cu-8Bi 2.0Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 焊膏 2
*润湿性级别：1(焊膏中的熔融焊料润湿测试板并铺展到超过焊膏施加区域的状态)；2(施加有焊膏的部分被焊料完全润湿的状态)；3(施加有焊膏的大多数部分被焊料润湿(还包括去润湿)的状态)；4(测试板未被焊料润湿且熔融焊料由一个或多个焊球组成的状态)。
如上所述，根据本公开的适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物以及用于制备所述无铅焊料合金组合物的方法的有效之处在于：该组合物的粘合强度优于常规无铅焊料；该组合物在高温和振动环境下的强度降低速率低；并且该组合物的机械性能、铺展性和润湿性等优异。
另外，本公开的纳米尺寸陶瓷粉末的有效之处在于：该纳米尺寸陶瓷粉末作用于抑制由基体晶粒和金属间化合物的生长引起的裂纹，从而提高焊料可靠性和焊点的寿命。
另外，本公开具有双重作用，因为纳米尺寸陶瓷粉末分散在Bi基沉淀强化材料周围，并且防止沉淀强化晶粒由于浓度差而消散或由于与基体反应而粗化。
另外，本公开的无铅焊料合金组合物的有效之处在于：与不含纳米尺寸陶瓷粉末的常规Sn-Cu-Bi、Sn-Ag-Bi或Sn-Ag-Cu-Bi合金相比，该无铅焊料合金组合物具有对热冲击更高的耐受性。。
此外，所述纳米尺寸陶瓷粉末的有效之处在于：该纳米尺寸陶瓷粉末改善了合金的流动性和润湿性，从而抑制了焊接缺陷。

Claims (10)

1.一种适用于高温和振动环境的无铅焊料合金组合物，所述组合物包含：
Sn-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi、Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-1.0wt％至10wt％的Bi或Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi的无铅焊料合金；以及
作为添加剂添加到所述无铅焊料合金中的纳米尺寸陶瓷粉末。
2.如权利要求1所述的无铅焊料合金组合物，其中，所述添加剂包含选自于由以下添加剂所组成的组中的一种或多种：
硼(B)、钛(Ti)、铝(Al)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钇(Y)、镧(La)、锡(Sn)、硅(Si)、银(Ag)、铋(Bi)、铜(Cu)、金(Au)、镁(Mg)、钯(Pd)、铂(Pt)或锌(Zn)的氧化物、氮化物和碳化物。
3.如权利要求1所述的无铅焊料合金组合物，其中，基于所述无铅焊料合金组合物的重量，所述添加剂的含量为0.01wt％至2.0wt％。
4.如权利要求1所述的无铅焊料合金组合物，其中，所述添加剂具有小于1,000nm的尺寸。
5.包含如权利要求1-4中任一项所述的无铅焊料合金和添加剂以及助焊剂的焊膏。
6.使用如权利要求1-4中任一项所述的无铅焊料合金组合物形成的焊料预制件。
7.使用如权利要求1-4中任一项所述的无铅焊料合金组合物形成的焊球。
8.使用如权利要求1-4中任一项所述的无铅焊料合金组合物形成的焊丝。
9.使用如权利要求1-4中任一项所述的无铅焊料合金组合物形成的焊条。
10.一种用于制备无铅焊料合金组合物的方法，所述方法包括：
将Sn-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi、Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-1.0wt％至10wt％的Bi或Sn-0.1wt％至10wt％的Ag-0.1wt％至10wt％的Cu-0.1wt％至10wt％的Bi的无铅焊料合金熔融；以及
向熔融的无铅焊料合金中添加纳米尺寸陶瓷粉末作为添加剂。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113070605A (zh) * 2021-04-09 2021-07-06 宁波施捷电子有限公司 一种焊接材料及其制备方法和用途

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1555958A (zh) * 2004-01-10 2004-12-22 大连理工大学 低熔点稀土氧化物增强复合无铅钎料焊膏
CN1927525A (zh) * 2006-08-11 2007-03-14 北京有色金属研究总院 一种无银的锡铋铜系无铅焊料及其制备方法
CN101269444A (zh) * 2007-03-21 2008-09-24 长沙泰辉网络科技有限公司 一种锡-银-铜三元合金无铅焊锡膏
CN101357421A (zh) * 2005-12-16 2009-02-04 浙江亚通焊材有限公司 无铅锡焊料
CN101745752A (zh) * 2009-12-17 2010-06-23 北京有色金属研究总院 一种纳米增强铋基无铅高温焊料及其制备方法
CN101801588A (zh) * 2007-07-13 2010-08-11 千住金属工业株式会社 车载安装用无铅焊料以及车载电路
CN103801852A (zh) * 2012-11-12 2014-05-21 恒硕科技股份有限公司 高强度无银无铅焊锡
CN103842126A (zh) * 2011-08-02 2014-06-04 阿尔法金属公司 焊料组合物
CN103889644A (zh) * 2012-10-09 2014-06-25 阿尔法金属公司 高温可靠的无铅并且无锑的锡焊料
CN103906596A (zh) * 2011-10-04 2014-07-02 铟泰公司 具有优越的降落冲击可靠性的Mn掺杂的Sn基焊料合金及其焊缝
CN104668807A (zh) * 2015-01-21 2015-06-03 南京大学 一种低熔点钎料球形粉末的制造方法
CN106660178A (zh) * 2014-08-18 2017-05-10 （株）庆东One 无铅焊料合金组合物和用于制备无铅焊料合金的方法
CN107530781A (zh) * 2015-03-27 2018-01-02 松下电器产业株式会社 焊膏用金属纳米颗粒分散液及其制造方法，以及焊膏及其制造方法
CN107999994A (zh) * 2017-11-22 2018-05-08 深圳市福英达工业技术有限公司 微米/纳米颗粒增强型复合焊料及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3649384B2 (ja) 2000-07-03 2005-05-18 日立金属株式会社 はんだボールおよびその製造方法
GB2421030B (en) * 2004-12-01 2008-03-19 Alpha Fry Ltd Solder alloy
JP5730353B2 (ja) 2013-07-17 2015-06-10 ハリマ化成株式会社 はんだ組成物、ソルダペーストおよび電子回路基板
KR20170131280A (ko) * 2016-05-20 2017-11-29 서울시립대학교 산학협력단 무연 솔더 합금 조성물 및 이의 제조방법

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1555958A (zh) * 2004-01-10 2004-12-22 大连理工大学 低熔点稀土氧化物增强复合无铅钎料焊膏
CN101357421A (zh) * 2005-12-16 2009-02-04 浙江亚通焊材有限公司 无铅锡焊料
CN1927525A (zh) * 2006-08-11 2007-03-14 北京有色金属研究总院 一种无银的锡铋铜系无铅焊料及其制备方法
CN101269444A (zh) * 2007-03-21 2008-09-24 长沙泰辉网络科技有限公司 一种锡-银-铜三元合金无铅焊锡膏
CN101801588A (zh) * 2007-07-13 2010-08-11 千住金属工业株式会社 车载安装用无铅焊料以及车载电路
CN101745752A (zh) * 2009-12-17 2010-06-23 北京有色金属研究总院 一种纳米增强铋基无铅高温焊料及其制备方法
CN103842126A (zh) * 2011-08-02 2014-06-04 阿尔法金属公司 焊料组合物
CN103906596A (zh) * 2011-10-04 2014-07-02 铟泰公司 具有优越的降落冲击可靠性的Mn掺杂的Sn基焊料合金及其焊缝
CN103889644A (zh) * 2012-10-09 2014-06-25 阿尔法金属公司 高温可靠的无铅并且无锑的锡焊料
CN103801852A (zh) * 2012-11-12 2014-05-21 恒硕科技股份有限公司 高强度无银无铅焊锡
CN106660178A (zh) * 2014-08-18 2017-05-10 （株）庆东One 无铅焊料合金组合物和用于制备无铅焊料合金的方法
CN104668807A (zh) * 2015-01-21 2015-06-03 南京大学 一种低熔点钎料球形粉末的制造方法
CN107530781A (zh) * 2015-03-27 2018-01-02 松下电器产业株式会社 焊膏用金属纳米颗粒分散液及其制造方法，以及焊膏及其制造方法
CN107999994A (zh) * 2017-11-22 2018-05-08 深圳市福英达工业技术有限公司 微米/纳米颗粒增强型复合焊料及其制备方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
戚琳，等.: "Bi对Sn-Ag-Cu无铅钎料组织和性能影响的研究", 《2002年材料科学与工程新进展（上）—2002年中国材料研讨会论文集》 *
曾明，等.: "Sn-3.5Ag-2Bi-0.7Cu无铅焊料压入蠕变性能的研究", 《稀有金属材料与工程》 *
曾明，等.: "Sn-3.5Ag-2Bi无铅焊料的压入蠕变性能", 《中国有色金属学报》 *
曾明，等.: "Sn-4.8Bi-0.7Cu无铅焊料的压入蠕变行为", 《西华大学学报(自然科学版)》 *
王泽宇，等.: "纳米材料增强复合钎料的研究进展", 《精密成形工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113070605A (zh) * 2021-04-09 2021-07-06 宁波施捷电子有限公司 一种焊接材料及其制备方法和用途
CN113070605B (zh) * 2021-04-09 2023-03-14 宁波施捷电子有限公司 一种焊接材料及其制备方法和用途

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