CN114193020A

CN114193020A - 一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料及其制备方法

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Publication number: CN114193020A
Application number: CN202111614143.8A
Authority: CN
Inventors: 刘希学; 贺宝; 安宁; 王志刚; 朱学新; 赵法家; 王涛; 刘建; 王刚
Original assignee: Shandong Compassiwei New Material Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Compassiwei New Material Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-03-18
Anticipated expiration: 2041-12-27
Also published as: CN114193020B

Abstract

本发明涉及一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料，按质量百分比计，包括：Cu：5.0％‑15.0％，Sn：10.0％‑20.0％，Ni：>0且≤1500ppm，P：>0且≤1000ppm，其余为Bi及不可避免的杂质。该高温无铅焊料的润湿性相比Bi2.6Ag系焊料显著提升，且强度较高。本发明还涉及所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料的制备方法。

Description

一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温软钎料技术领域，具体涉及一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料及其制备方法。

背景技术

多数已知的芯片连接方法都是采用高温焊料将集成电路中的半导体芯片连接在引线框上以形成机械连接，并使芯片和引线框之间能够进行热传导和电传导。随着电子设备微型化、多功能化的发展，先进的电子封装技术也随之发展起来，例如倒装芯片(FC)封装技术、多芯片模组(MCM)封装技术等。在高端倒装芯片封装中，也需要用到高温焊料；在多芯片模组封装中，经常需要多步焊接，其中初级封装需要先使用高温焊料，以保证第二步用低温焊料做焊接时焊接点的固定。高铅合金焊料[w(Pb)>85％]是目前半导体封装领域应用最为广泛的合金焊料。由于铅为有害物质，因此高铅合金焊料的最终无铅化是必然趋势。综合性能优异的高温无铅焊料的市场需求十分紧迫。目前对无铅焊料的研究主要集中在80Au-Sn合金、Bi基合金、Sn-Sb基合金、Zn-Al基合金以及高温复合焊料。

Bi基合金由于熔点合适(270℃左右)，被认为是取代传统高铅焊料的无铅候选焊料。Bi-2.6Ag共晶焊料是目前研究最多的Bi基合金，其熔点约为263℃，常温下Bi和Ag的互溶度很小。然而，BiAg系焊料普遍存在脆性高和润湿性低的问题。

因此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料，该高温无铅焊料的润湿性相比Bi2.6Ag系焊料显著提升，且强度较高。

本发明还提供上述BiCuSnNiP系高温无铅焊料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。

一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料，按质量百分比计，包括：Cu：5.0％-15.0％，Sn：10.0％-20.0％，Ni：>0且≤1500ppm，P：>0且≤1000ppm，其余为Bi及不可避免的杂质。

优选地，Cu含量可为6.0％-12.0％，例如为6.0％、6.5％、7.0％、7.5％、8.0％、8.5％、9.0％、9.5％、10.0％、10.5％、11.0％、11.5％或12.0％。Cu含量优选为7.0％-10.0％。

优选地，Sn含量可为12.4％-18.2％，例如为12.4％、13.0％、13.5％、14.0％、14.5％、15.0％、15.5％、16.0％、16.5％、17.0％、17.5％、18.0％或18.2％。Sn含量优选为13.0％-16.8％。

优选地，Ni含量可为>0且≤1000ppm，例如为50ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppm、400ppm、450ppm、500ppm、550ppm、600ppm、650ppm、700ppm、750ppm、800ppm、850ppm、900ppm、950ppm或1000ppm。Ni含量优选为100-600ppm。

优选地，P含量可为>0且≤800ppm，例如为50ppm、100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppm、400ppm、450ppm、500ppm、550ppm、600ppm、650ppm、700ppm、750ppm或800ppm。P含量优选为50-500ppm。

优选地，在所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料中，Sn和Cu的质量比为(1.1-2.5):1，优选为(1.5-2.1):1。

优选地，所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料还包括In、Ti、La和Zn中的一种或多种。

优选地，按质量百分比计，In含量可为0.05％-5.0％，例如为0.05％、0.10％、0.50％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％或5.0％。In含量优选为0.1％-2.5％，更优选为0.3％-2.0％。

优选地，按质量百分比计，Ti含量可为0.01％-1.5％，例如为0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％。Ti含量优选为0.01％-1.2％，更优选为0.05％-0.8％。

优选地，按质量百分比计，La含量可为0.01％-1.0％，例如为0.01％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％或1.0％。La含量优选为0.02-0.80％，更优选为0.25％-0.50％。

优选地，按质量百分比计，Zn含量可为0.01％-1.0％，例如为0.01％、0.03％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％、0.25％、0.30％、0.35％、0.40％、0.45％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％、0.95％或1.0％。Zn含量优选为0.03％-0.50％，更优选为0.05％-0.20％。

所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料的固相线温度为260℃以上，且液相线温度为330℃以下。本发明的高温无铅焊料的熔程小，较小的熔程有利于减少焊接过程中焊接缺陷的产生，从而有效抑制缺陷导致的焊接可靠性问题。优选地，所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料的熔点为275-330℃。

优选地，本发明的BiCuSnNiP系高温无铅焊料不含Ag元素。

本发明还提供上述BiCuSnNiP系高温无铅焊料的制备方法，包括：

将Bi和Cu、Bi和Ni以及Bi和P分别加热熔化，真空浇铸后，得到Bi-Cu中间合金、Bi-Ni中间合金和Bi-P中间合金；以及

按照配比，将所述中间合金和金属Sn加热熔化，浇注于模具后，得到BiCuSnNiP系高温无铅焊料。

优选地，将Bi和Cu、Bi和Ni以及Bi和P分别加热至650-700℃进行熔化。优选地，所述熔化在熔炼炉中进行。在一些具体实施例中，将Bi和Cu、Bi和Ni以及Bi和P分别加入熔炼炉中，抽真空(优选至1×10^-2-1×10^-1Pa)后，充入保护气氛，加热至650-700℃进行熔化，搅拌均匀后进行真空浇铸，得到Bi-Cu中间合金、Bi-Ni中间合金和Bi-P中间合金。所述保护气氛可为氮气或氩气。

所述Bi-Cu中间合金，按质量百分比计，包括1％-20％的Cu和余量的Bi。所述Bi-Cu中间合金例如可为Bi-Cu10中间合金。

所述Bi-Ni中间合金，按质量百分比计，包括0.1％-10％的Ni和余量的Bi。所述Bi-Ni中间合金例如可为Bi-Ni5中间合金。

所述Bi-P中间合金，按质量百分比计，包括0.1％-10％的P和余量的Bi。所述Bi-P中间合金例如可为Bi-P2中间合金。

在一些具体实施例中，按照配比，将所述Bi-Cu中间合金、所述Bi-Ni中间合金、所述Bi-P中间合金和金属Sn加入熔炼炉中，并加入防氧化溶剂，加热至400-600℃后进行保温熔化，去除所得熔体表面渣料后，浇注于模具后，得到BiCuSnNiP系高温无铅焊料。所述防氧化溶剂可为松香或LiCl-KCl熔盐。保温时间可为5-30min。

在一些实施例中，所述制备方法还包括：制备Sn-Ti中间合金、Sn-La中间合金和Sn-Zn中间合金中的一种或多种。例如制备Sn-Ti中间合金和Sn-La中间合金。

所述Sn-Ti中间合金的制备包括：将Sn和Ti加热熔化，真空浇铸后，得到所述Sn-Ti中间合金。在一些具体实施例中，将Sn和Ti加入熔炼炉中，抽真空(优选至1×10^-2-1×10^- ¹Pa)后，充入保护气氛，加热至900-1250℃进行熔化，搅拌均匀后进行真空浇铸，得到Sn-Ti中间合金。所述保护气氛可为氮气或氩气。

所述Sn-La中间合金的制备包括：将Sn和La加热熔化，真空浇铸后，得到所述Sn-La中间合金。在一些具体实施例中，将Sn和La加入熔炼炉中，抽真空(优选至1×10^-2-1×10^- ¹Pa)后，充入保护气氛，加热至600-850℃进行熔化，搅拌均匀后进行真空浇铸，得到Sn-La中间合金。所述保护气氛可为氮气或氩气。

所述Sn-Zn中间合金的制备包括：将Sn和Zn加热熔化，真空浇铸后，得到所述Sn-Zn中间合金。在一些具体实施例中，将Sn和Zn加入熔炼炉中，抽真空(优选至1×10^-2-1×10^- ¹Pa)后，充入保护气氛，加热至400-550℃进行熔化，搅拌均匀后进行真空浇铸，得到Sn-Zn中间合金。所述保护气氛可为氮气或氩气。

在一些实施例中，按照配比，将所述Sn-Ti中间合金、所述Sn-La中间合金和所述Sn-Zn中间合金中的一种或多种与所述Bi-Cu中间合金、所述Bi-Ni中间合金、所述Bi-P中间合金、金属Sn和任选地金属In加热熔化，浇注于模具后，得到BiCuSnNiP系高温无铅焊料。

在一些具体实施例中，按照配比，将所述Sn-Ti中间合金、所述Sn-La中间合金和所述Sn-Zn中间合金中的一种或多种(例如将Sn-Ti中间合金和Sn-La中间合金)与所述Bi-Cu中间合金、所述Bi-Ni中间合金、所述Bi-P中间合金、金属Sn和任选地金属In加入熔炼炉中，并加入防氧化溶剂，加热至400-600℃后进行保温熔化，去除所得熔体表面渣料后，浇注于模具后，得到BiCuSnNiP系高温无铅焊料。所述防氧化溶剂可为松香或LiCl-KCl熔盐。保温时间可为5-30min。

所述Sn-Ti中间合金，按质量百分比计，包括0.1％-10％的Ti和余量的Sn。所述Sn-Ti中间合金例如可为Sn-Ti5中间合金。

所述Sn-La中间合金，按质量百分比计，包括0.1％-10％的La和余量的Sn。所述Sn-La中间合金例如可为Sn-La5中间合金。

所述Sn-Zn中间合金，按质量百分比计，包括0.1％-10％的Zn和余量的Sn。所述Sn-Zn中间合金例如可为Sn-Zn5中间合金。

本发明还提供采用所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料所形成的焊点或焊缝。所述焊点或焊缝采用通用的焊膏回流、波峰焊接或热熔化焊接而成。所述热熔化焊接包括预成形焊片、焊带、焊球或焊丝等。所述焊点或焊缝除包含焊料的成分外，还包括但不限于Ni、Sn、Cu、Au等基板合金元素。所述焊点或焊缝按质量百分比计，包括：Cu：6.0％-15.0％，Sn：12.4％-20％，Ni：0.001％-2％，In：0.1％-2.5％，La：0.02％-0.8％，Ti：0.01％-1.2％，Zn：0.03％-0.5％，Au：0.01％-1％，P:≤800ppm，其余为Bi及不可避免的基板合金元素。

本发明还提供一种电子元器件，包括：利用所述BiCuSnNiP系高温无铅焊料而连接到一个表面上的半导体芯片。所述半导体芯片包括硅、锗和砷化镓芯片。进一步地，所述高温无铅焊料以半导体芯片上许多凸点的形式应用于区域阵列电子封装中，以起到芯片与封装基底(一般称为倒装芯片)或印刷电路板(即一般所说的电路板上的晶片)之间的电连接和机械连接作用。作为另一种选择，所述高温无铅焊料可以以许多焊球的形式使用，以连接封装和基底(一般称为球栅阵列)或者将芯片连接到基底或者印刷电路板上。

相比现有技术，本发明的有益效果：

1、本发明提供了一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料，该高温无铅焊料的润湿性相比Bi2.6Ag系焊料显著提升，且强度较高。

本发明的BiCuSnNiP系高温无铅焊料的设计机理如下：Cu元素在Bi元素中具有一定的固溶度且Cu元素与Sn元素能够反应形成中间化合物。利用这些特性，在高温熔融金属液体中，Cu、Sn先发生互扩散反应形成CuSn金属间化合物，这一过程中通过控制Cu、Sn的元素比例，可实现除固溶于Bi元素中的少量Cu元素以外其余Cu元素被完全消耗，且合金基体中的Sn元素微量剩余。随着凝固过程的进行，当温度降至270℃时，固溶于Bi元素中的Cu元素与基体Bi元素可发生二元共晶反应，从而形成Bi、Cu二元共晶相结构，此时液态合金形成“Bi基+BiCu0.2共晶组织+CuSn中间相+微量Sn”的相结构组成。在二元共晶反应过程中，合金基体中的微量剩余的Sn元素部分与BiCu共晶反应过程中的Cu反应，其余部分与焊盘中的Cu反应，从而形成焊接界面结合层(IMC)，该过程在实现焊接结合的可靠性的同时，消耗掉了剩余的低熔点Sn相，最终焊料合金凝固组织为“Bi基+CuSn中间相”，保证了焊料合金的耐二次回流要求的耐温性能。

此外，由于本发明的焊料合金使用工况为300℃左右的高温场合，P元素的添加有效地解决了焊料的高温氧化问题。Ni元素能够解决界面IMC快速长大导致的界面结合强度变低的问题，增加了焊料合金的高温应用过程中的界面稳定性。另外，由于焊盘材质通常为Cu(OSP)、Ni、Au等，焊料合金基体中的Cu、Ni元素进一步促进了焊料与焊盘的润湿及高可靠结合。

2、本发明的BiCuSnNiP系高温无铅焊料的延展性好，焊接结合力高。此外，无Ag元素添加大大降低了焊料成本，适用于大规模工业推广使用。

3、本发明的制备方法首先制备出Bi-Cu中间合金，通过Bi-Cu共晶反应，形成晶粒细小、均匀的基体组织，从而使所得焊料具有良好的力学性能，解决了Bi基焊料可靠性差的问题。之后将Bi-Cu中间合金和金属Sn一起熔化，并通过控制Sn、Cu之间比例关系，实现了在保证基体韧性的同时消耗绝大部分的低熔点Sn相，保证了焊料合金在二次回流过程中具有高熔点不熔化的特性。本发明的制备方法正是利用这一优点，通过先形成Bi-Cu中间合金，再将Bi-Cu中间合金和金属Sn一起熔化，使得焊料合金表现出更加优越的力学性能指标，这也是本发明在制备方法上的创新之处。

附图说明

图1为本发明实施例2制得的焊料合金的金相组织照片。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明，但本发明不仅限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中使用的原料均为市售商品。本文未记载的原料、仪器或操作步骤均是本领域普通技术人员可常规确定的内容。

实施例1

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 12％，Sn 18.2％，Ni：1000ppm，P:500ppm，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为290.5-328.2℃。制备该无铅焊料合金的方法包括以下步骤：

1)将纯度为99.99wt.％的金属Bi和Cu、Bi和Ni、Bi和P按重量配比分别加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10^-1Pa，充入氮气后；加热至650-700℃进行熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后真空浇铸，制备出Bi-Cu10、Bi-Ni5、Bi-P2中间合金；

2)将已制成的Bi-Cu、Bi-Ni和Bi-P中间合金和金属Sn，按合金配比添加到熔炼炉中。在合金表面覆盖防氧化溶剂，该防氧化溶剂选取LiCl-KCl熔盐，将合金加热至400℃，保温10min，除掉所得熔体表面渣料后，浇注于模具中制成无铅焊料合金锭坯。

实施例2

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 6％，Sn 12.4％，Ni：100ppm，P:50ppm，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为288.3-307.5℃。除合金配比不同以外，制备该无铅焊料合金的方法同实施例1。

本实施例制备的焊料合金的金相组织照片如图1所示，从图中可以看到该合金的微观组织分布。

实施例3

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 10％，Sn 16.8％，Ni：600ppm，P:800ppm，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为289.1-320℃。除合金配比不同以外，制备该无铅焊料合金的方法同实施例1。

实施例4

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 7％，Sn 13％，Ni：400ppm，P:400ppm，In：2.5％，Ti：1.2％，La：0.8％，Zn：0.5％，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为287.2-312.4℃。制备该无铅焊料合金的方法如下：

2)将纯度为99.99wt.％的Sn和La、Sn和Ti、Sn和Zn按照一定的合金配比分别加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10^-2Pa，充入氮气后，进行加热至熔化，其中，Sn-La合金加热温度为600-850℃，Sn-Ti合金加热温度为900-1250℃，Sn-Zn合金加热温度为400-550℃，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后分别真空浇铸，制备出Sn-La5、Sn-Ti5、Sn-Zn5中间合金；

3)将已制成的以上中间合金及金属Sn和金属In，按合金配比添加到熔炼炉中。在合金表面覆盖防氧化溶剂，该防氧化溶剂选取松香，将合金加热至400℃，保温10min，除掉所得熔体表面渣料后，浇注于模具中制成无铅焊料合金锭坯。

实施例5

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 6.8％，Sn 12.8％，Ni：500ppm，P:200ppm，In：0.3％，Ti：0.01％，La：0.02％，Zn：0.03％，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为278.1-302.5℃。制备该无铅焊料合金的方法同实施例4。

实施例6

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 7.5％，Sn 14％，Ni：300ppm，P:350ppm，In：0.1％，Ti：0.8％，La：0.5％，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为288.6-290.8℃。制备该无铅焊料合金的方法如下：

1)将纯度为99.99wt.％的金属Bi、Cu和Bi、Ni及Bi、P按重量配比分别加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10^-1Pa，充入氮气后，加热至650-700℃进行熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后真空浇铸，制备出Bi-Cu10、Bi-Ni5、Bi-P2中间合金；

2)将纯度为99.99wt.％的Sn和La、Sn和Ti按照一定的合金配比分别加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至0.5×10^-1Pa，充入氮气后，加热至熔化，其中，Sn-La合金加热温度为600-850℃，Sn-Ti合金加热温度为900-1250℃，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后分别真空浇铸，制备出Sn-La5、Sn-Ti5中间合金；

3)将已制成的以上中间合金及金属Sn和金属In，按合金配比添加到熔炼炉中。在合金表面覆盖防氧化溶剂，该防氧化溶剂选取LiCl-KCl熔盐，将合金加热至400℃，保温10min，除掉所得熔体表面渣料后，浇注于模具中制成无铅焊料合金锭坯。

实施例7

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 8.0％，Sn 16％，Ni：900ppm，P:70ppm，In：2.0％，Ti：0.05％，La：0.25％，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为289.9-309.6℃。除合金配比不同以外，制备该无铅焊料合金的方法同实施例6。

实施例8

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 7.2％，Sn 13.8％，Ni：850ppm，P:270ppm，In：1.5％，Zn：0.2％，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为284.8-316.4℃。制备该无铅焊料合金的方法如下：

1)将纯度为99.99wt.％的金属Bi和Cu、Bi和Ni、Bi和P按重量配比分别加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10^-1Pa，充入氮气后，加热至650-700℃进行熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后真空浇铸，制备出Bi-Cu10、Bi-Ni5、Bi-P2中间合金；

2)将纯度为99.99wt.％的Sn和Zn按照一定的合金配比分别加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10^-1Pa，充入氮气后，加热至400-550℃进行熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后真空浇铸，制备出Sn-Zn5中间合金；

实施例9

一种高温软钎焊领域用BiCuSnNiP系高温无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Cu 8.5％，Sn 16％，Ni：650ppm，P:450ppm，In：2.2％，Zn：0.05％，其余为Bi及不可避免的杂质，该无铅焊料合金熔点为291.3-325℃。除合金配比不同以外，制备该无铅焊料合金的方法同实施例8。

对比例1

一种高温用无铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Bi 97.4％，Ag2.6％，该焊料合金熔点为262.5℃。

对比例2

一种高温用高铅焊料合金，按质量百分比计，该无铅焊料合金包含：Sn5％，Pb95％，该焊料合金熔点为270-313℃。

测试实验

1、润湿性测试条件为：

称取0.2g的合金与一定量焊剂混合置于尺寸30×30×0.3mm的无氧铜板(铜板表面除氧除污)，然后将铜板放在平板炉上加热至350℃，待焊料熔化铺展后静止冷却到室温形成焊点，采用CAD软件测量焊点的铺展面积，所得结果如下表1所示。

2、试样准备：

参照日本工业标准JIS Z 3198制备铜焊接试样。

3、力学性能数据按照GB/T228-2002的方法在AG-50KNE型万能材料实验机上测定，拉伸速度2mm/min，每个数据点测试三个试样取平均值，所得结果如下表2所示。

表1：焊料合金熔点及润湿性能比较

表2：焊料合金力学性能比较

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例中技术方案的精神和范围。本发明保护范围不仅仅局限BiCuSnNiP系高温无铅焊料及其制备方法，同样适用于任何按照本发明技术方案原理实施及改进的合金及制备方法。

Claims

1.一种BiCuSnNiP系高温无铅焊料，其特征在于，按质量百分比计，包括：Cu：5.0％-15.0％，Sn：10.0％-20.0％，Ni：>0且≤1500ppm，P：>0且≤1000ppm，其余为Bi及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料，其特征在于，Cu含量为6.0％-12.0％，Sn含量为12.4％-18.2％，Ni含量为>0且≤1000ppm，P含量为>0且≤800ppm。

3.根据权利要求1或2所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料，其特征在于，Sn和Cu的质量比为(1.1-2.5):1。

4.根据权利要求1或2所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料，其特征在于，还包括In、Ti、La和Zn中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料，其特征在于，

按质量百分比计，In含量为0.05％-5.0％；

按质量百分比计，Ti含量为0.01％-1.5％；

按质量百分比计，La含量为0.01％-1.0％；

按质量百分比计，Zn含量为0.01％-1.0％。

6.权利要求1-3中任一项所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括：

制备Sn-Ti中间合金、Sn-La中间合金和Sn-Zn中间合金中的一种或多种；

其中，

所述Sn-Ti中间合金的制备包括：将Sn和Ti加热熔化，真空浇铸后，得到所述Sn-Ti中间合金；

所述Sn-La中间合金的制备包括：将Sn和La加热熔化，真空浇铸后，得到所述Sn-La中间合金；

所述Sn-Zn中间合金的制备包括：将Sn和Zn加热熔化，真空浇铸后，得到所述Sn-Zn中间合金。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，按照配比，将所述Sn-Ti中间合金、所述Sn-La中间合金和所述Sn-Zn中间合金中的一种或多种与所述Bi-Cu中间合金、所述Bi-Ni中间合金、所述Bi-P中间合金、金属Sn和任选地金属In加热熔化，浇注于模具后，得到BiCuSnNiP系高温无铅焊料。

9.采用权利要求1-5中任一项所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料所形成的焊点或焊缝。

10.一种电子元器件，其特征在于，包括：利用权利要求1-5中任一项所述的BiCuSnNiP系高温无铅焊料而连接到一个表面上的半导体芯片。