CN1313241C

CN1313241C - 低熔点锡锌无铅焊料合金及其焊膏

Info

Publication number: CN1313241C
Application number: CNB2005100381818A
Authority: CN
Inventors: 孙扬善; 周健; 薛烽
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: CN1644301A

Abstract

一种用于电子元器件焊接及表面封装的通用无铅焊料，尤其涉及一种低熔点锡锌无铅焊料合金及其焊膏，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为5～9%，Bi的重量百分比含量为0.5～4%，Nd的重量百分比含量为0.01～0.5%，其余为Sn；低熔点锡锌无铅焊料合金制成的焊膏，在焊料颗粒表面覆有0.1～10μm的Sn或Sn合金；本发明具有降低合金的成本和熔炼要求，简化了熔炼工艺，提高了抗氧化性，提高了该合金焊膏的保存稳定性，焊料熔炼工艺简单等优点。

Description

低熔点锡锌无铅焊料合金及其焊膏

技术领域

本发明涉及一种用于电子元器件焊接及表面封装的通用无铅焊料，尤其涉及一种低熔点锡锌无铅焊料合金及其焊膏。

背景技术

在电子工业中，传统焊料均以锡铅(Sn-Pb)合金为基。迅速发展的电子及信息工业导致了电子废弃物急剧增加，这些电子废弃物分解出的大量铅直接威胁到人类健康，世界各国都在考虑通过立法限制该元素在电子产品中使用。我国目前还没有立法限制铅的使用，但作为消耗电子焊料的各种电子产品的生产大国，开发新型的高性能无铅环保焊料是我国电子与信息工业目前面临的重要课题。

国内外研究和开发的无铅焊料按熔点分为高温、中温和低温三个体系。高温系主要由Sn-Ag、Sn-Cu及Sn-Sb三个合金系组成，它们的共同特点是熔点比传统的Sn-Pb焊料高。其中Sn-Ag系焊料各项基本性能，尤其是它的润湿性能优良，是目前研究的热点之一，但较高的生产成本和焊接温度是Sn-Ag系焊料发展的主要障碍。低温系中Sn-Bi和Sn-In系焊料由于熔点过低，电子器件在运行过程中发热使其在耐热性能上难以满足要求，只能应用于少数要求低温焊接的特殊场合。中温系的Sn-Zn二元共晶合金的熔点最接近传统Sn-Pb焊料，且其成本低、力学性能好，是最有发展前景的低成本无铅焊料，但二元Sn-Zn合金的润湿性能较差，这是目前制约它作为电子封装用焊料的瓶颈问题。

近年来在Sn-Zn共晶合金基础上开发了Sn-Zn-In、Sn-Zn-Bi、Sn-Zn-Al、Sn-Zn-Ag及Sn-Zn-Re等三元及多元无铅合金。与二元Sn-Zn合金相比，这些合金的润湿性能在一定程度上得到改善，但仍然达不到Sn-Pb焊料的水平或伴随合金元素的增加其它性能显著恶化，且焊接过程中往往要求使用保护气体或活性助焊剂。

发明内容

本发明提供一种可以在在大气环境中直接进行焊接使用的低熔点锡锌无铅焊料合金及其焊膏，本发明可以提高抗氧化性和稳定性，并可降低成本。

本发明采用如下技术方案：

由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为5～9％，Bi的重量百分比含量为0.5～4％，Nd的重量百分比含量为0.01～0.5％，其余为Sn；

低熔点锡锌无铅焊料合金制成的焊膏，在焊料颗粒表面覆有0.1～10μm的Sn或Sn合金。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①不含有In、Ag等贵重金属元素及Cu、Ni等高熔点元素，简化了合金元素的种类，在达到甚至超过其它Sn-Zn系焊料性能的同时降低了合金的成本和熔炼要求。除单质稀土元素Nd之外没有其它高熔点合金元素，一方面降低了对熔炼设备的要求，另一方面简化了熔炼工艺，合金的成分范围也能得到有效的控制。②通过单质稀土元素Nd的添加达到了多种优化效果，Nd的抗氧化性能明显高于其它稀土元素La和Ce。特别是提高了抗氧化性，使得该焊料可以采用中活性助焊剂在无氮气保护的条件下进行焊接。 ③采用了覆Sn或Sn合金的方法提高了该合金焊膏的保存稳定性。④熔点不高于200℃，熔程不大于5℃。使用时无需对设备和电子元件提出更高耐热性要求；⑤能够使用含卤素较低的中活性助焊剂，在无需氮气保护的条件具有优良的润湿性和可焊性；⑥焊料熔炼工艺简单，成分范围易于控制；⑦延伸率不低于15％，易于加工成型，加工成本低廉；⑧合金抗拉强度不低于60MPa(应变速率不低于10-3S-1)，焊接接头稳定可靠，满足工业使用要求。⑨不仅能用于波峰焊和手工焊，还可制成焊膏用于再流焊，焊膏具有保存稳定的特点。⑩将一定厚度的Sn或Sn合金覆层敷在通过喷雾处理得到的焊料粉末上，其目的是为了提高采用该焊料形成的焊膏的保存稳定性。通过这样的表面处理，保护了焊料处于助焊剂中能够长时间保持稳定而不与助焊剂发生电化学反应，有效的提高了焊膏的稳定性。

附图说明

图1 Bi对Sn-Zn合金润湿性影响的曲线图；

图2 Bi对Sn-Zn合金熔点及熔程影响的曲线图；

图3 Bi对Sn-Zn合金抗拉强度及延伸率影响的曲线图；

图4 Sn-Zn-Bi-Nd与Sn-Zn-Bi-La抗氧化性比较曲线图；

图5 Sn-Zn-Bi-Nd与Sn-Zn-Bi-La润湿力比较曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为5～9％，Bi的重量百分比含量为0.5～4％，Nd的重量百分比含量为0.01～0.5％，其余为Sn。

实施例2

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其配比为：含有6～9重量％的Zn；2～4重量％Bi；0.05～0.5重量％Nd，其余为Sn。

实施例3

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其配比为：含有6～8重量％的Zn；2～3.5重量％Bi；0.05～0.2重量％Nd，其余为Sn。

实施例4

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其配比为：在焊料颗粒表面覆有0.1～10μm的Sn或Sn合金。

实施例5

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为5％，Bi的重量百分比含量为0.5％，Nd的重量百分比含量为0.01％，其余为Sn。

实施例6

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为9％，Bi的重量百分比含量为4％，Nd的重量百分比含量为0.5％，其余为Sn。

实施例7

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为6.5％，Bi的重量百分比含量为3.7％，Nd的重量百分比含量为0.08％，其余为Sn。

实施例8

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为8.7％，Bi的重量百分比含量为2.8％，Nd的重量百分比含量为0.1％，其余为Sn。

实施例9

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为7.2％，Bi的重量百分比含量为1.9％，Nd的重量百分比含量为0.25％，其余为Sn。

实施例10

一种低熔点锡锌无铅焊料合金，由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为5.5％，Bi的重量百分比含量为1％，Nd的重量百分比含量为0.4％，其余为Sn。

Claims

1、一种低熔点锡锌无铅焊料合金，其特征在于由Zn，Bi，Nd和Sn组成，其中Zn的重量百分比含量为5～9％，Bi的重量百分比含量为0.5～4％，Nd的重量百分比含量为0.01～0.5％，其余为Sn。

2、如权利要求1所述的低熔点锡锌无铅焊料合金，其特征在于含有6～9重量％的Zn；2～4重量％Bi；0.05～0.5重量％Nd，其余为Sn。

3、如权利要求1所述的低熔点锡锌无铅焊料合金，其特征在于含有6～8重量％的Zn；2～3.5重量％Bi；0.05～0.2重量％Nd，其余为Sn。

4.一种利用权利要求1所述低熔点锡锌无铅焊料合金制成的焊膏，其特征在于在焊料颗粒表面覆有0.1～10μm的Sn或Sn合金。