TW457161B - Lead free solder powder, lead free solder paste, and a method for preparing the same - Google Patents

Description

457161 五、發明說明（i) 發明範圍： 本發明係關 特別地，本發 錯烊錫粉，包 背景技藝： 鉛金屬包括 錫在焊錫過程 更進一步地， 程製備。來自 下水，其依次 許多種無錯 難使用，由於 於無錯 明係關 括這類 在傳統 中在工 最近増 拋棄1C 造成環 焊錫目 其比錫 焊錫粉、無鉛焊锡膏及其製備法 於具 焊錫 焊踢 作者 加數 晶片 境問 前在 鉛焊 至於製備焊錫粉末之方 公開之曰本專利公告案第 成之材料粉末及小球置於 填，密封且之後旋轉，藉 此法主要用於藉混合具高 金製造焊錫粉末給予焊錫 在能防止焊锡粉末形成大 材料粉末這點上為極佳的 然而’使用具有高熔點 合金。因此，不能避免上 我們之研究結果移除上 更 良好潤溼能力且熔點低之極佳無 粉之無錯焊錫膏，及其製備法…' 合金中。因此，已有對由熔合焊 上產生有毒氣體之影響之顧廣。 量之微電子裝置由包括烊锡:製 或印刷電路板洗出之錯污染之^ 4 ’包括鉛中毒或類似之問題。 發展。然而這些無鉛焊錫特別困 锡合今低之潤溼性及較高之溶 法’除氣體原子化方法之方法於 3~ 1 6 95 0 0號中提出，其中預定組 坩鍋中，之後以不活潑氣體充 乂用小球機械地研磨材料粉末。 =點中間金屬化合物與Sn_pb合 ，末熱抵抗力及熱耐久性。此法 日日粒且在製備時不需要加熱熔化 〇 之中間金屬化合物需要使用含鉛 面提及由錯產生之缺點。 面之缺點並提供無鉛焊錫粉末及 457161 五、發明說明（2) ' —一· 具高潤渔能力及低溶點之類似物，我們最後已完 明。 本發明解決之問題： 本發明目標之一為提供極佳之低熔點無鉛焊錫粉末。在 政所用之熔點亦包括熔化之起始點及熔化之終點二者。 焊ii明之另一目標為提供包括這類無錯焊錫粉末之無錯 解目標為提供製儀極佳低溶點無錯粉末。 形成中間金屬、：：ί=金屬粉末’其包括二或多種能 未反應相之組入，其為化f之組及’ '包括-多晶相及-本發明之無i焊i二‘ ί中間，金屬化合物之先前狀態。 助焊錫劑製備。° m混合上面提及之無鉛焊錫粉末與 料粉末ϊ ϊ J Ϊ:無鉛焊錫粉末中’二或多種金屬之材 動，且該材袓a鹿：，’.、封容器中，且金屬球藉機械力強迫移 錫粉末r 金屬粉末由移動之球微細地研磨得到無鉛焊 本：明之較佳具體實施例： 本Ϊ=^較佳具體實施例將在下面詳細描述。 物組合之金属八 二匕括二或多種能开> 成中間金屬化合 組合，罝％ t t 金屬粉末包括非晶質相及未.反應相之 得到金屬化合物之先前狀態。 層氣末之較佳方法為將二或多種能形成中間

第6頁 4571 61 五、發明說明（3) 金屬化合物之材料粉末及小.金屬球置於充滿不活潑氣體之 密封容器中’提供機械力至密閉容器以移動球，並藉球微 細地研磨材料粉末。 ^於材料粉末，可選擇二或多種能形成中間金屬化合物 之簡單物質之金屬組合。這類能形成中間金屬化合物之組 合熟諸此藝者已知悉且在本發明中可選擇任何一組合。在 這類纟且合中包含之較佳金屬選自錫（Sn)、銀（Ag)、銅 (Cu) ' 叙（Bi)、鋅（Zn)、銦（In)、金（Au)、鎳（Ni)、銻 (Sb)、le(Pd)、鉑（Pt)及鍺（Ge)。組合之實例為Cu —Sn、 Ag-Sn、Ag-Su、Au-Sn、Au-Cu、Au-Bi、Au-Zn、Au-In、 Au-Sb、Au-Pt、Ni-Sn、Cu-In、Ni-In、Ag_In、Ag-Sb、 Ag-Pt、Ag-Zn、Bi:In、Ni-Bi、Cu-Zn、Cu-Sb、Cu-Ge、 Cu-Pd > Cu-Pt ' Ge-Ni、In_Pd、In_Sb、Ni_Zn、Ni-Sb、 Ni-Pt、Pd-Sn、Pt-Sn、Pt-Sb及 Sb-Zn。較佳地加入一或 多種金屬至上面例示之組合之一以製造三元或多元組合。 另一方面，至少包括一或多個選自錫（Sn)、銀（Ag)、銅 (Cu)、鉍（Bi)、辞（Zn)、銦（In)、金（Au)、鎳（Ni)、銻 (Sb)、鈀（Pd)、鉑（pt)及鍺（Ge)之合金粉末可用作材料粉 末。這種合金粉末可藉結合至少上述金屬之二或藉結合上 述金屬之一及其他金屬製造。如此得到之合金粉末（第一 合金粉末）之後與簡單物質之金屬或另一合金粉末（第二合 金粉末）結合，二者皆能與第一合金粉末形成中間金屬化 合物，製備本發明之材料粉末。與第一合金粉末結合之簡 單物質之金屬以選自錫（Sn)、銀（Ag)、銅（Cu)、鉍（Bi)、

457161 五、發明說明（4) 鋅（Zn)、銦（In)、金（Au)、·鎳（Ni)、銻（Sb)、鈀（Pd)、鉑 (Pt)及鍺（Ge)較佳。第二合金粉末亦包括一或多種選自下 列金屬較佳：錫（Sn)、銀（Ag)、銅（Cu)、鉍（Bi)、鋅 (Zn)、銦（In)、金（Au)、鎳（Ni)、銻（Sb)、鈀（Pd)、鉑 (Pt)及鍺（Ge)。 各材料粉末之直徑雖然未限制，以在1 〇 〇微米至2 0 0微米 之範圍内較佳。 使用於本發明中小金屬球之大小及材料未限制，但使用 之球由黃鋼或不銹鋼製造且直徑為5毫米至2〇毫米較佳。 用於製備本發明之無鉛焊錫粉末之坩堝充滿不活潑氣 體。不活潑氣體雖然未限制，可為氬氣、氮氣或其類似 物0 π ^ 了材料粉末、金屬球及不活潑氣體外，液體可加入坩 °2 ^止材料粉末黏著之壁。這種液體例如甲醇。 球之後旋轉、搖動或振動以移動坩堝内之金屬 料粉末特定之期門Ϊ 移動坩堝内之金屬球研磨該材 末之時間未限制：;曰匕=棒之旋轉數及研磨材料粉 體地，數目及拄μ; 使金屬之種類適當地選擇。具 且包括未反庫相//'選擇使加工之金屬粉末為微細磨碎的 加工形成中間金屬化合物之先前狀態），且 在此所晶質狀態’即組織過冷狀態。 米至1〇〇微米直句，，田研磨之金屬粉末” 一詞指範圍在10毫微 降低如卜仏之得到金屬粉末。研磨金屬粉末細微地 -如上传到之焊錫粉末之熔點。

4571 61 五 '發明說明（5) 產生之金屬粉末或焊錫粉.末是否包括未反應相，其為形 成中間金屬化合物之先前狀態可藉使用例如熱差分析儀 (DSC)偵測。更具體地，DSC測量當產生金屬粉末之溫度上 升或降低時之熱量改變；產生金屬粉末之熔點可以熱量改 i：為基礎汁算，計异之熔點與由作產生金屬粉末相同種類 之金屬材料衍生之中間金屬材料相比較，這對熟諳此藝者 已熟知，以確定是否產生金屬粉末包括未反應相。 非晶質狀態或组織過冷狀態可藉粉末^線繞射分析偵 測。 包括 添加劑 焊錫具 可加 明之無 炫劑。 因為 反應相 之焊錫 錫實際 合物， 膏之實 如此 佳地， 如此 降低得 可與該 有極佳 入助焊 鉛焊錫 本發明 ，其熔 粉末或 上有用 產生之 際溫度 得到之 使用於 已敘述 到無鉛焊錫 粉末處合。 之性質及低 錫劑至如此 膏。雖然未 粉末、溶點之其他金屬粉末之任何 然而，本發明之無鉛焊錫粉末作 熔點甚至不須添加劑。 得到之無鉛焊錫粉末以製備本發 限制，可使用一般松香形式之助 之無鉛焊錫 點低於以傳 膏含有衍生自無鉛焊錫粉末之未 統鎔解方法製備具相同金屬組成 膏。進-步％ ’本發明之無鉛垾锡膏當對焊 點下之溫度反應形成中間金屬化 使用之焊錫，藉以預期熔化焊錫 時甚至在炫 反應熱熔化 進一步降低 本發明無錯 桿接種種微 本發明無鉛 焊錫粉末或膏之用途未限制，較 電子裝置。 焊錫粉末及膏之製備，但本發明

第9頁 457161 五、發明說明（6) 並未受限於在此所敘述者。.不遺 主發明之許多改變、修正、明之精神或範：求 包含在内。 邊化及其他用途及應用依爹各 實例： 本發明將在下面具體地以實例之形式缺 I發 明不受實例内容之限制。 -迷。 密 圖1顯示製造本發明無鉛焊锡粉末之儀器。蕷定组成-^屬球2及材料粉末4置於，u中並充人m㈣^ ^明在掛額之令間有藉馬達驅動之授摔棒6。在製造水 ί:之無Λ焊：粉末之方法中，將金屬球2隨意地根據授 if之旋轉移入㈣10 °球移動之結果，微細地研磨付 π 4末4。產生粉末之大小可藉改變參數調整，如改變攪 拌棒6之旋轉速率或旋轉時間、金屬球之大小及數目及類 似之參數。 圖2顯示製造本發明無鉛焊錫粉末之另一儀器。預定組 成之金屬球2及材料粉末4置於室12中並充入不活潑氣體及 密封。室置於振動板14上。在振動板丨4之中央有軸18 a軸 18藉馬達16驅動向上及向下及向左及向右移動’如此室12 移動使其隨無限之形狀運動。金屬球2任意地移入室12 中。球移動之結果，微細地研磨材料粉末4。產生粉末之 大小可藉改變參數調整’如改變軸之移動速度、金屬球之 大小及數目及類似之參數。 (實例1 ) 本發明之無鉛焊錫以圖2所示之儀器製造。將36克3/8英

457161 五、發明說明（7) . 吋直徑之不銹鋼球及4克平蛉0.5毫米直徑之材料金屬粉末 置於室1 2中。材料金屬粉末以9 5 . 7 : 3. 5 : 0. 8之重量比例之 Sn-Ag及Cu組成。之後以滴管加數滴曱醇以防止材料粉末 黏著在室之壁及金屬球之後以氬氣充滿室内以防止粉末 氧化並隨後密封掛禍。 以使用圖2所示儀器中之一種（為振動球磨粉機，Super Misumi NEV-MA8’ Nisshin Giken 之產品），在131 赫研磨 材料粉末5小時。之後以DSC 7 (珀金埃爾默per k i n E1 m er) 分析得到之金屬粉末’此時溫度以1 〇 /分鐘之速率由1 5 〇 C增加至2 5 0 C以測定炼化起始點。該點為2 1 3。〇。 (比較實例） 在只例1令得到之焊錫粉末完全溶化後，將其再固化。 之後得到之金屬粉末以Dsc 7(珀金埃爾默）分析，此時溫 度以1 0 t /分鐘之速率由1 5 0 °C增加至2 5 0 °C以測定熔化之 起始點。該點為2 1 7 °C。 如此在實例1中得到之焊錫粉末之熔點比比較實例1之焊 錫粉末低4 C。.這表示實例1得到之焊實粉末含有未反應相 或非晶質相。 本發明之優點： 因為本發明之無鉛烊錫粉末不包括有害之鉛’使用時為 ，佳地文全，且鉛對環境之衝擊可最小化，甚至在包括本 發明焊錫之骏置拋棄之後。 明之無鉛焊錫包括二或多種能形成中間金屬化合物 之’之未反應相及非晶質相，_其熔點比相同金屬組成之

O:\62\62188.PTD 第11頁 157161 五、發明說明（8) 中間金屬化合物低。低熔點·產生極佳性質之焊·錫粉末。 當使用包括本發明之無鉛焊錫粉末之無鉛焊錫膏時，焊 錫膏反應形成中間金屬化合物，如此焊錫膏甚至在熔點下 溫度下熔化。因此，以使用本發明膏之焊錫可在較低溫度 下操作，如此對纟且件如印刷電路板起因於焊錫過程之破壞 及衝擊減小。這可產生長壽命之得到組件。 圖式之簡述： 圖1為製備本發明無鉛焊錫粉末之裝置之平面圖。 圖2為另一製備本發明無鉛焊錫粉末之裝置之平面圖。 [圖式之參考元件] 2 :金屬球 4 :材料粉末 6 :攪拌棒 1 0 :坩堝 12:室 1 4 :振動板 1 6 :驅動馬達 1 8 :軸

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Claims (1)

1. 含57161 案號 89100418 廿 ί充 修正 六、申請專利範圍 1. 一種無鉛焊錫粉末，其包括二多種能形成中間金屬 化合物之金屬之組合， 其中該金屬粉末包括非晶質相及未反應相之結合，其 為形成中間金屬化合物之先前狀態。 2. 如申請專利範圍第1項之無鉛焊錫粉末，其中至少該 二或多種能形成中間金屬化合物之金屬之一選自下列各 物：錫（Sn)、銀（Ag)、銅（Cu)、秘（Bi)、鋅（Zn)、銦 (In)、金（Au)、鎳（Ni)、銻（Sb)、鈀（Pd)、鉑（Ρΐ)及鍺 (G e ) 〇 3. 如申請專利範圍第1或2項之無鉛焊錫粉末，其中該二 或多種能形成中間金屬化合物之金屬之組合係選自下列各 組合：Cu-Sn、Ag-Sn、A Au-In ^ Au-Sb 'Au-Pt Ag-Sb ' Ag-Pt ' Ag-Zn Cu-Ge ' Cu-Pd ' Cu-Pt Ni-Sb、Ni-Pt、Pd-Sn 入一或多種金.屬至選自 Ag-Sn、Au-Sn 'Au-Cu 'Au-Bi ' Au-Zn N i - S η ' C u - I η ' N i - I n ' A g - I n ' Ag-Sb Bi-In 、 Ni-Bi ' C u - Z n 、Cu-Sb ' C u - G e Ge-Ni ' In- Pd 、In-Sb 、Ni-Zn 、Ni-Sb Pt-Sn、Pt-Sb 及Sb-Zn 0 Cu-Pd Ni-Pt u-Sn、Au-Cu、Au-Bi、Au-Zn、 、Ni-Sn ' Cu- I η ' N i- In、Ag-In、 、Bi-In 、Ni-Bi ' Cu-Zn ' Cu-Sb 、 ' G e-N i、In-Pd、In-Sb、Ni-Zn 、 ' P t -Sn、P1;-Sb 及Sb-Zn，較佳地力σ 下列各組合而得到者：Cu-Sn、 Au-In 、Au-Pt 、 Cu- P t Pd-Sn :/ 4.如申請專利範圍第 粉末之直徑在1 0毫微米 1或2項冬無鉛焊錫粉末，其中該各 至1 00微米之範圍内。…

   O:\62\62188.ptc 第1頁 2001.06.05.014 457161 _案號89100418 fg年 < 月7日 修正_ 六、申請專利範圍 ,. /¾. 一種無錯焊錫膏，其藉混合如申請專利範圍第1或2項 之無鉛焊錫粉_末與助焊錫劑製備。 6. —種製備無鉛焊錫粉末之方法，其包括步驟： 將二或多種能形成中間金屬化合物之金屬之材料粉末 及小金屬球置於密封容器中；及 將該密封容器中之金屬球移動以微細地研磨二或多種 金屬之材料粉末，藉以得到包括未反應相及非晶質相之金 屬粉末。 . - 7. 如申請專利範圍第6項之製備無鉛焊錫粉末方法，其 中該二或多種能形成中間金屬化合物之金屬皆為選自下列 各金屬之簡單物質：錫（Sn)、銀（Ag)、銅（Cu)、鉍（Bi)、 鋅（Zn)、銦（In)、金（Au)、錄（Ni)、録（Sb)、ie(Pd)、4白 (Ρΐ)及錯（Ge) β δ.如申請專利範圍第6項之製備無鉛焊錫粉末方法，其 中該二或多種能形成中間金屬化合物之金屬為包括至少一 種選自下列各物之合金組合：錫（Sn)、銀（Ag) '銅（Cu)、 鉍（Bi)、鋅（Zn)、銦（In)、金（Au)、鎳（Ni)、銻（Sb)、鈀 (Pd)、鉑（Pt)及鍺（Ge)及能與該合金形成中間金屬化合物 之金屬。 ^ 9.如申請專利範圍第6至8項中任一項之製備無鉛焊錫粉 ^方法，其中該二或多種能形成中間金屬化合物之金屬包 括選自下列各物之組合：Cu-Sn、Ag-Sn、Au-Sn、Au-Cu、 A u ~ B i ' Au - Zn、Au-In、Au-Sh_、Au-Pt、Ni-Sn、Cu-In、 Ni-In ' Ag- I n、Ag-Sb、Ag-Pt、Ag-Zn、Bi-In'

   O:\62\62188.ptc 第 2 頁 2001.06.05.015 5 716 1 案號 89100418 修正 Cu-Pd Ni-Pt 六、申請專利範圍 Cu-Zn、Cu-Sb、Cu-Ge In-Sb ' Ni-Zn、Ni-Sb S b - Z η o Cu-Pt ' Ge-N i 'In-Pd 、 Pd-Sη ' Pt-Sn 、Pt-Sb 及 L/ 1 0 .如申請專利範圍第6至8項中任一項之製備無鉛焊錫 粉末方法，其中該赞本之直徑在,1 0毫微米至1 0 0微米之範 圍内。

   O:\62\62188.ptc 第3頁 2001. 06.05.016