TWI301781B - Electronic connecting materials for the sn-zn-ag system lead-free solder alloys - Google Patents
Electronic connecting materials for the sn-zn-ag system lead-free solder alloys Download PDFInfo
- Publication number
- TWI301781B TWI301781B TW95137617A TW95137617A TWI301781B TW I301781 B TWI301781 B TW I301781B TW 95137617 A TW95137617 A TW 95137617A TW 95137617 A TW95137617 A TW 95137617A TW I301781 B TWI301781 B TW I301781B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- weight
- solder
- tin
- alloy
- english
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Description
1301781 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種電子連接材料為無鉛銲鍚合金，有關統之四元和五元無鉛 銲錫合金。其熔點低於200°C，而且接近鉛錫共晶合金之熔點183. 。 【先前技術】 典型的銲錫合金材料主要的成分是錯-錫合金，鉛對人體有害，也會造成環境的污 染，因此研發無鉛銲錫材料是目前刻不容緩的事。錫-銀共晶合金其抗拉強度高於傳統 鉛-錫合金，但其熔點太高，约為221eC，比鉛-鍚共晶合金之熔點（ΐ83·5β〇高出甚多， 容易造成設備須更換及相關製程成本的提高，且在焊接工作中將因高溫易造成電子元件 的損壞。雖然許多專利文獻試圖以錫-銀共晶合金為主之三元、四元及五元合金系統中， 加入少量的其他合金成分，如Cu，Zn，Bis In及Sb，以降低鍚銀共晶合金的熔點，但其熔 點有些依然高於2CKTC。雖然加入大量的Bi及In可降低合金的熔點，卻使得成本大幅提 高，例如：Sn-Ag_Cu，USP 5,527,629 (1996); Sn-Ag-Zn-Bi，USP 5,993,736 (1999);
Sn-Ag_Bi-In，USP 5,958,333 (1999)，USP 5,843,3Ή (1998)，USP 5,658,528(1997); Sn-Ag-Bi-Cu-In，USP 5,918,795 (1999); Sn-Ag-In-Bi-Sb，USP 5,733,501 (1998); Sn-Ag-Zn-In-Bi，USP 5,762,866 (1998)。因此，本發明將以錫鋅銀基合金為主，添加、鋁、 録或銦等元素，以銲接首要的潤濕性質與成本為發明考量，以適當的重量百分比，得本 發明之Sn-Zn-Ag-Bi和Sn-Zn-Ag-Iii之四元無船鲜锡合金以及Sn-Zn-Ag_AUBi和 Sn-Zn-Ag-Al-In之五元無鉛銲錫合金。 【發明内容】 本發明的一目的是提供一稱無鉛的鍚-鋅基銲錫合金，其具有取代傳統的鉛-錫共晶 合金且有較佳的潤濕性質，如潤濕時間及潤濕力；成本低；而且低於2〇〇。〇的熔點，甚 至低於錯-踢共晶合金之熔點（183·5Τ)，而不會對1C構裝元件造成損壞。 本發明的另一目的是提供一無鉛的錫-鋅基銲錫合金，其具有高的潤濕能力^為了 5 1301781 % 達成上述的本發明目的，本發明内容所完成的一種無鉛銲錫合金，成份包含下列組成 7-10wt/〇Zn (^)O-l.〇wt%Ag (^.) » 5-9.8 wt%Bi (M)» (^)0 =、7-10 wt%Zii (鋅）’（Μ.ο 讓~ (銀），G 5 8wt%In (銦），其餘物（锡）。 三、 7彻〇歲（鋅），Ο·1 _ Ag ⑷，0-0.3 讀 A1 ⑻，5_22 满 Bi ⑻， 其餘組成為Sn (锡）。 四、 740wt%Zn(鋅卜㈣祕知⑷，㈣3wt%AJ⑻，⑽㈣指（细）， • 其餘為Sn (錫）。 • 我們發現加鳩和In元素不僅降低Sn-Zn-Ag及Sn-Zn-Ag-Al合金之熔點，同時可改善 合金的潤齡質。Bi在Sn_溶度為4.5wt%(5(rC)，超溶度限鱗的Bi ,主要析出 • 於紐基地中形成脸ich。而祕知基地中形成論化合物，Ag和Zii形成AgZn3及Ag5Zng 之化合物。 目則的發明疋知:供一無鉛的錫鋅銀基銲鍚合金，在熔點溫度方面，與鍚鋅共晶、錫 鋅共晶等合金比較，更接近於鉛錫共晶合金（183.5。〇,如表i和表2所示。其中以Sn 8 55 树％ Zn-〇·5诚％ A&ALwt% Bi (X = 〇、0.01、〇·〇5和O.lwt%)，最接近鉛錫共晶合金熔 點，隨著叙(Bi)的含量增加，其合金的熔點溫度越低；反之，其合金的熔點溫度越高。 另外，Sn-8.55 wt%Zn-0.5 wt% Ag-xAl-7.5 wt%ln(x = 0、0·01、〇·〇5和〇.iwt%)，最接近 鉛錫共晶合金熔點，隨著銦(In)的含量減少，其合金的熔點溫度越高。 在潤濕力和潤濕時間方面，本發明以潤濕天平儀測量結果如圖^圖々所示。Sn-855 ^ 祕^ Zn-0.5wt% Ag-7.5wt% Bi、Sn_8.55wt% Zn-0.5wt% Ag-O.lwt% AM0%wt Bi 以及
Sn-8.55wt% Zn-0.5wt% Ag-xAI-7.5wt°/。In (x = 0、0·(Π、0.05 和 O.lwt%)所表現的潤濕性 質-潤濕時間和潤濕力均可與鉛錫共晶合金的潤濕性質相比擬。 此發明的錫鋅銀基銲錫合金沒有含有毒的鉛，不會造成環境的污染，而且其熔點低 於200°C，甚至比錯錫共晶合金之熔點還低，可解決鍚銀共晶、錫銅共晶和錫銀銅系無 鉛銲錫合金的溫度過高的問題，在電子構裝過程中不會對1C電子元件造成損壞同時， 亦可解決錫銦共晶和錫鉍共晶系無鉛銲錫合金的溫度過低，電子產品不適合用於工作較 溫度的環境。以成本考量，本發明降低叙(Bi)和銦(In)的含量在接近美國NCMS (National Center for Manufacturing Sciences)所建議的條件，麵(Bi)的含量應低於20%，銦(in)的含量 6 1301781 應低於1.5% ’遠低於錫銦共晶和錫叙共晶系合金所含的祕(b丨>58%和銦(In)〜52%的含 量。本發明的錫鋅銀基銲錫合金中，添加鉍（Bi)和銦(In)元素，主要是要降低合金的 熔點溫度(Bi的熔點為27l.rc與In的熔點為i56·^)，進一步改善電子封裝之鲜接特性。 1301781 表ι·
合金成分（wt%) Sn Zn Ag A1 Bi 固相線溫度 (°C) 液相線溫度 (°C) Bal. 8.55 0.5 — 198.3 199.8 Bal. 8.55 0.5 0.01 — 198.51 199.37 Bal. 8.55 0.5 0.05 — 198.49 199.39 Bal. 8.55 0.5 0.1 — 198.51 201.97 Bal. 8.55 0.5 7J 184.46 190.76 Bal. 8.55 0.5 10 181.4 188.3 Bal. 8.55 0.5 — 15 176 184.6 Bal. 8.55 0.5 —— 20 165.5 178.5 Bal. 8.55 0.5 0.01 7.5 187.3 191.9 Bal. 8.55 05 0.01 10 181 8 189.1 Bal. 8.55 0.5 0.01 15 173.7 184.5 Bal. 8.55 0.5 0.01 20 165.7 178.2 Bal. 8.55 0.5 0.05 7.5 186.5 191.6 Bal. _5 0.5 0.05 10 181.9 l_ Bal. 8.55 0.5 0.05 15 173.8 184.3 Bal. 8.55 0.5 0.05 20 165.6 178.4 Bal. 8.55 0.5 0.1 7.5 186.6 191.2 Bal. 8.55 0.5 0.1 10 182 188.8 Bal. 8.55 0.5 0.1 15 173.8 183.7 Bal. 8.55 0.5 0.1 20 165.4 178.2 Bal. 9 — — — 198.4 200.8 63Sn-37Pb 183.50 185.42 8 1301781 表2.
合金成份（wt%) Sn Zn Ag A1 In 固相線溫度 CQ 液相線溫度 (°C) Bal. 8.55 0.5 — 198.3 199.8 Bal. 8.55 0.5 0.01 — 198.51 199.37 Bal. 8.55 0.5 0.05 — 198.49 199.39 Bal. 8.55 0.5 0.1 — 198.51 201.97 Bal. 8.55 0.5 — 1 191.9 200.1 Bal. 8.55 0.5 — 3 192.3 197.1 Bal. 8.55 0.5 5 187.3 191.4 Bal· 8.55 0.5 —一 7.5 182.3 188.3 Bal. 8.55 0.5 0.01 1 191.9 197.1 Bal. 8.55 0.5 0.01 3 192.3 194.4 Bal. 8.55 0.5 0.01 5 190 191.6 Bal. 8.55 0.5 0.01 7.5 185.5 188.5 Bal. 8.55 0.5 0.05 1 195.2 197.4 Bal. 8.55 0.5 0.05 3 192.2 194.3 Bal. 8.55 0.5 0.05 5 189.5 191.6 Bal. 8.55 0.5 0.05 7.5 185.5 188.6 Bal. 8.55 0.5 0.1 1 195.1 197.3 Bal. 8.55 0.5 0.1 3 191.4 194 Bal. 8.55 0.5 0.1 5 189.2 191.6 Bal. 8.55 0.5 0.1 7.5 184.7 188.3 Bal. 9 一一 — • 198.4 200.8 63Sn-37Pb 183.50 185.42 9 1301781 【實施方式】 對照例
Sn-Zn共晶合金的準備是使用純度99.99%的Sn和Zn純金屬材料，以錫鋅共晶的重量 百分比比例混合，放入高溫加熱爐中，加熱至700°C，持溫3小時後使材料成份均勻化， 而化合成Sn-9 wt%Zn共晶合金。再取Sn-9 wt%Zri共晶合金，重量為10mg，利用熱差分 析儀(Differential Scanning Calorimeter ; DSC)來測得Sn-Zn共晶合金之固相點為 198.4 W 和液相點為200.8 °C。
以直徑為1mm的銅線為基材，純度為99.9%，在潤濕實驗前先浸入70°C的5wt.%氳 氧化鈉(NaOH)鹼液中，保持五分鐘去除油脂後，即以去離子水清洗。再將其放入l〇wt.% 的硝酸(ΗΝ03)溶液中，持續5秒鐘除去氧化物後，即以去離子水清洗乾淨。最後再以純 度為98%的酒精清洗五秒鐘後乾燥。經過上述的前處理後，將把銅線基材分別置入助熔 劑内三十秒後，再以60X烘乾20秒後，做潤濕平衡的實驗，浸鍍於250°C Sn-Zn共晶合 金溶液。得知Sn-Zn共晶合金與銅線基材間的潤濕性質，最大潤濕力為0.41mN和潤濕時 間為1.33秒。 實施例1
Sn-8.55%Zn-0.5%Ag-7.5%Bi合金之準備及測試方法與對照例相同。由潤濕平衡結果 得知，其平均最大潤濕力分別為0.94 mN。平均潤濕時間分別為0.64秒。較Sn-9Zn共晶銲 錫合金的潤濕力(〜0.41mN)大約二倍，其潤濕時間(〜1.32秒)優越。且較接近於63Sn-37Pb 的潤濕力（U66Nm)以及潤濕時間（0·47秒）。 實施例2
Sn-8.55%Zn-0.5%Ag-0.1%Al-10%Bi合金之準備及測試方法與對照例相同。由潤濕平 衡結果得知，其平均最大潤濕力為U4 mN，較接近於63Sn-37Pb (1.166 Nm)。其平均 潤濕時間為0.59秒，較接近於63Sn-37Pb (0.47秒）。在平均最大潤濕力及平均潤濕時間 的表現皆較Sn-9Zn共晶銲錫合金優異。Sn-8.55%Zn-0.5%Ag-0.1%Al- 10%Bi合金之熔點 (固相線為182°C，液相線為188.8。(：），接近於63 Sn-37Pb合金之熔點（固相線為183.5。(：， 液相線為185.4。〇。同時，較低於Sn-9Zn共晶銲錫合金之熔點（固相線為198.4°C，液相 線為200.8°〇。 10
1301781 實施例3
Sn-8.55%Zn-0.5%Ag-7.5%In合金之準備及測試方法與對照例相同。由潤濕平衡結果 得知，其平均最大潤濕力為0.94mN，平均潤濕時間為0.54秒。接近於63Sn-37Pb最大潤 濕力（1.166Nm)以及潤濕時間（0.47秒）。合金之熔點(固相線為182.3°C，液相線為 188.3°C)，接近於63 Sn-37Pb合金之熔點（固相線為183.5°C，液相線為185·4°〇。 實施例4
Sn-8,55%Zn-0.5%Ag-0.01%Al-7.5%In合金之準備及測試方法與對照例相同。由潤濕 平衡結果得知，其平均最大潤濕力分別為1.17 mN，平均潤濕時間為0.55秒。接近於 63Sn-37Pb最大潤濕力以及潤濕時間。合金之熔點(固相線為185.5T，液相線為188.5°C)， 接近於63 Sn-37Pb合金之固相線及液相線。 實施例5
Sn-8.55%Zn-0.5%Ag-0.05%Al-7.5%In合金之準備及測試方法與對照例相同。由潤濕 平衡結果得知，其平均最大潤濕力為1.345 mN，平均潤濕時間為0.55秒。接近於 63Sn-37Pb最大潤濕力以及潤濕時間。合金之炼點(固相線為185YC，液相線為188.6 °C)，接近於63 Sn_37 Pb合金之固相線及液相線。 實施例6
Sn-8.55%Zn-0.5%Ag-0.1%Al-7.5%In合金之準備及測試方法與對照例相同。由潤濕 平衡結果得知，其平均最大潤濕力為1.16 mN，平均潤濕時間為0.58秒。接近於63Sn-37Pb 最大潤濕力以及潤濕時間。合金之熔點(固相線為184TC，液相線為188.3 eC)，接近於 63 Sn-37 Pb合金之固相線及液相線。 11 1301781 【圖式簡單說明】 圖1為本發明的Sn-8.55Zn_0.5Ag-xAl-yBi銲錫合金及63Sn-3?pb銲鍚合金的潤濕力關係 圖。其中正方形()為〇重量％A1，圓形⑼為〇〇1重量％…，菱形為〇〇5重 量％A1，及三角形(▲)為0.1重量％A1。 圖2為本發明的Sn-8.55Zn-0.5Ag-xAl-yBi銲錫合金及63Sn-37pb銲錫合金的潤濕時間關 係圖。其中正方形(_)為〇重量％A1，圓形(❿)為0·01重量％ai，菱形(♦)為005 重量％A1，及三角形(▲)為〇.1重量％A1。 圖3為本發明的Sn-8.55Zn-0.5Ag-xAl-yIn銲錫合金及63Sn-37Pb銲錫合金的潤濕力關係 圖。其中正方形()為〇重量％A1，圓形(_)為〇·〇1重量％A1，菱形(♦)為〇.〇5重 量％ A1，及三角形(▲)為0.1重量0/〇Α1。 圖4為本發明的Sn_g 55Zn-〇 5Ag-xA^yIn銲鍚合金及63Sn-37Pb銲錫合金的潤濕力關係 圖。其中正方形(_)為〇重量％A1，圓形(*)為〇.〇1重量％A1，菱形(♦)為〇.05重 量0/〇Α1，及三角形(▲)為〇·1重量％A1。 12
Claims (1)
1301781 十、申請專利範園： 1 · 一種無鉛銲錫，其由70_10 0重量％的鋅(Zn)，04 0重量％的銀(Ag)，5 〇·9 8重量％的 鉍(Bi)及其餘為錫(Sn)所組成。 2·如申請專利範圍第1項的銲錫，其進一步包含75粤〇重量％的鉍(所）。 3·—種無鉛銲錫，其由7 〇-1〇 〇重量❶/〇的鋅(Zn)，〇4 〇重量0/〇的銀(Ag)，〇_〇 3重量％銘⑽， 5.0-22.0重量％的祕㈣及其餘為錫㈣所組成。 4. 如申請專利範圍第3項的銲錫，其進一步包含754〇〇重量0/。的鉍(所）。 5. 如申請專利範圍第3項的銲錫，其進一步包含〇〇1-〇1重量％的鋁(A1)。 6·—種改良的無錯銲錫，其包含7 〇4〇 〇重量0/〇的鋅(Zn)，04 〇重量％的銀，及其餘 為锡(Sn) ’其特徵在於該銲錫進一步包括0-8.0重量％的銦(In)。 7·如申請專利範圍第6項的銲錫，其包含1.0-7.5重量％的銦⑽。 ·—種改良的無鉛銲錫，其由7 〇4〇 〇重量0/〇的鋅(Zn)，〇4 〇重量％的銀(Ag)，〇 〇 3重量 〆〇鋁(A1)，0-8.0重量％的銦(In)及其餘為錫(Sn)所組成。 如申請專利細第8項的銲錫，其包含1,0-7.5重量0/〇的銦(In)。 〇·如申請專利範圍第8項的銲錫，其包含讀_01重量％的銘⑷）。
13 1301781 發明專利說明 ί
(本說明書格式、順序及粗體字，請勿任意更動，※記 號部分請勿填寫） 糾PC分類：
※申請案號：7(7 ※申請曰期：广、π y 一、發明名稱：（中文/英文） 電子連接材料-錫鋅銀基無鉛銲錫合金 (Electronic connecting materials for the Sn-Zn-Ag system Lead-free solder alloys) 二、申請人：（共1人） ， 姓名或名稱：（中文/英文） 1 鄭壽昌 / Shou-Chang Cheng 代表人：（中文/英文） 住居所或營業所地址：（中文/英文） (通訊處)臺南縣永康市中山東路152號1樓之5 、 國籍··（中文/英文） ’ 中華民國 / R.O.China (Taiwan) 籲三、發明人共2人） 姓名：（中文/英文） 1·鄭筹昌 / Shou-Chang Cheng 2·林靖翔/J.XLin 國藉：（中文/英文） 1·中華民國/ R.O.China (Taiwan) 2·中華民國 / R.O.China (Taiwan)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW95137617A TWI301781B (en) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Electronic connecting materials for the sn-zn-ag system lead-free solder alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW95137617A TWI301781B (en) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Electronic connecting materials for the sn-zn-ag system lead-free solder alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW200817126A TW200817126A (en) | 2008-04-16 |
| TWI301781B true TWI301781B (en) | 2008-10-11 |
Family
ID=44769276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW95137617A TWI301781B (en) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Electronic connecting materials for the sn-zn-ag system lead-free solder alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI301781B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI460046B (zh) * | 2012-11-12 | 2014-11-11 | Accurus Scient Co Ltd | High strength silver-free lead-free solder |
| TWI469845B (zh) * | 2012-08-08 | 2015-01-21 | Senju Metal Industry Co | High temperature lead free solder alloy |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112404791A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-02-26 | 昆明理工大学 | 一种锡锌系无铅焊料合金及其制备方法 |
-
2006
- 2006-10-13 TW TW95137617A patent/TWI301781B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI469845B (zh) * | 2012-08-08 | 2015-01-21 | Senju Metal Industry Co | High temperature lead free solder alloy |
| TWI460046B (zh) * | 2012-11-12 | 2014-11-11 | Accurus Scient Co Ltd | High strength silver-free lead-free solder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW200817126A (en) | 2008-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI383052B (zh) | Low silver solder alloy and solder paste composition | |
| JP4831069B2 (ja) | 鉛フリー低温はんだ | |
| JP2009506203A (ja) | 半田合金 | |
| TWI629364B (zh) | Solder alloy | |
| JP2006255784A (ja) | 無鉛ハンダ合金 | |
| CN1861311A (zh) | 无铅抗氧化含稀土SnZn合金焊料及其制备方法 | |
| JP5210323B2 (ja) | 無鉛ソルダ合金 | |
| TW586982B (en) | Improved compositions, methods and devices for high temperature lead-free solder | |
| TWI301781B (en) | Electronic connecting materials for the sn-zn-ag system lead-free solder alloys | |
| JP5878290B2 (ja) | 鉛フリーはんだ合金 | |
| CN100467192C (zh) | 基本上包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)和磷(P)的无Pb焊料合金组合物 | |
| CN101880792A (zh) | 一种铝软钎焊用抗腐蚀及抗氧化无铅焊料合金 | |
| TWI784761B (zh) | 無鉛且無銻之焊料合金、焊球、及焊料接頭 | |
| JP2014136219A (ja) | アルミニウム用はんだ及びはんだ継手 | |
| JP6165294B2 (ja) | アルミニウム用はんだ及びはんだ継手 | |
| JP2016019992A (ja) | アルミニウム用はんだ及びはんだ継手 | |
| JP2001287082A (ja) | はんだ合金 | |
| JP2019136776A (ja) | はんだ接合方法 | |
| TW200821391A (en) | Electronic connecting materials for the Sn-Zn system lead-free solder alloys | |
| TW201837194A (zh) | 無鉛焊料合金及軟焊接合 | |
| JP2004330260A (ja) | ＳｎＡｇＣｕ系無鉛はんだ合金 | |
| JP2008188672A (ja) | マニュアルソルダリング用無鉛はんだ合金 | |
| CN109128570A (zh) | 一种抗氧化合金焊料及其制备方法 | |
| CN103753047B (zh) | 一种无铅钎料 | |
| Huang et al. | Preparation and properties of particle reinforced Sn-Zn-based composite solder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |