技术领域
[0001] 本
发明涉及了一种应用于
电子工业
软钎焊用的无铅钎料
合金,进一步来说,是一种可用于较高
温度的工作环境下的高抗氧化且机械性能优良的SnAgCu系无铅焊料合金。 背景技术
[0002]
锡铅钎料有着成本低、熔点低、机械性能优良的特点,但由于铅的毒害性,在钎料生产及人类使用的过程中带来了不可避免的污染和伤害,自2006年欧盟RoHS法令对六种有害物质最大限量值规定的实施以来,越来越多的无铅钎料代替了锡铅钎料应用于电子封装技术领域,而SnAgCu系焊料以其良好的
力学性能成为
焊接领域普遍认可的锡铅焊料代替品的首选。
[0003] 但是SnAgCu系无铅焊料成本高,其抗氧化性的强弱将会
对焊点的力学强度,
导电性及锡渣的生成造成影响,为改变这种现象,通常采用加入抗
氧化剂的方法对无铅焊料进行改性。
[0004] 中国公开号为CN102039496A的发明
专利,公开了一种抗氧化低
银无铅钎料及其生产方法,通过添加一定量的Ga、P提高钎料的抗氧化性,但是由于P在合金中不易分散,且会在金属分离的表面形成一层致密的集肤层,对进一步加工带来困难,同时对焊剂的要求高,影响后续的焊接效果。
[0005] 中国公开号为 CN101992362A的发明专利,公开了一种适宜制粉的具有抗氧化能力的无铅焊料合金,加入Ge可抑制焊料的进一步氧化,同时细化晶粒,但其抗氧化性不能得到很高的保障,同时通过添加Sb对
润湿性有一定的改善。
发明内容
[0006] 本发明采用中间合金的方法制备SnAgCu基无铅焊料,通过添加不同配比的金属元素,对焊料的抗氧化性、润湿性、蠕变性、力学强度等性能进行改善,最终获得综合性能良好,可用于较高温度的工作环境下的高抗氧化无铅焊料合金。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现:一种SnAgCu基高抗氧化无铅焊料,以重量百分比计,包括以下成分:Ag 0.3~3.0wt%,Cu 0.1~1.5 wt%,Ga 0~1.0 wt%,Ge 0~0.5 wt%、Sb 0~0.7 wt%、Ni 0-0.2 wt%,Ce 0-0.1 wt%、Nd 0-0.1 wt%,Sn为余量。
[0008] 其中,考虑到无铅焊料的成本,优选Ag的含量在0.3~1.0wt%,所得的无铅焊料合金的接近Ag含量为3.0wt%的合金的润湿性。
[0009] 所述的的Cu元素,随着其含量的增加,提高了焊料的
抗拉强度,增加合金的润湿性,当Cu含量过高,易形成金属间化合物(IMC)Cu6Sn5,降低了焊点的可靠性,故优选Cu含量为0.2-1.2wt%。
[0010] 所述的Ga由于对合金具有较强的
净化效果和
集肤效应,有很好的抗氧化效果,能均匀分布在
金属粉末的表面,优选Ga为0.01~0.5wt%。
[0011] 所述的Ge同样对合金具有净化效果和集肤效应,提高了合金的抗氧化性,同时可细化晶粒,使晶粒的微观组织结构均匀化,优选Ge含量为0.01~0.2wt%。
[0012] 所述的Sb元素可以改善合金的润湿性,提高合金的硬度及抗拉强度,延长疲劳寿命,优选其含量为0.1~0.5wt%。
[0013] 所述的Ni元素,熔点高(1445oC),可抑制IMC的生长,细化焊料微观组织及提高力学性能,如抗冲击性能,优选其含量为0.01~0.08wt%。
[0014] 所述的稀土元素Ce、Nd,为表面活性元素,可降低也太焊料的表面
张力,提高了焊料合金的铺展和润湿性,细化组织,抑制IMC的生长,但当其含量大于0.1wt%时,由于稀土元素化学性质活泼,易氧化,会在钎焊过程产生氧化渣,会对其润湿性和铺展性造成一定的负面影响,故优选为0.005~0.08wt%。
[0015] 本发明通过中间合金的方式,制备SnAgCu基高抗氧化无铅焊料,方法如下:1.将本发明中需要添加的配料元素Ni、Ce、Nd分别按5:95,4:96,4:96的比例与Sn熔炼成合金;
2.在熔炉中加入0.3~1.0wt%的银,0.2~1.2wt%的
铜,0.01~0.5wt%的镓,0.01~0.2wt%的锗,0.1~0.5wt%的锑,0.2~1.6wt%锡镍合金,1.25~2wt%的锡铈合金,1.25~2wt%的锡钕合金及剩余的精锡,至
熔化,搅拌均匀,恒温保温半个小时,浇注过程快速冷却成焊料合金。
附图说明
[0016] 图1为具体
实施例中润湿性的比较,在使用相同的松香型焊剂的条件下,得到对照例与实施例的
润湿角的比较。
具体实施方式
[0017] 下面结合具体实施例,进一步描述本发明,但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
[0018] 表1:对照例与实施例成分表。
[0019] 以上实施例均可按下述方法生产:o
(1)将按比例称量好的精锡放入熔炉中,加热至320C,在搅拌的条件下依次加入银、o
铜,持续升温至380C,恒温保持20分钟;
(2)依次加入锡镍合金、锡铈合金、锡钕合金并搅拌30分钟;
oC oC
(3)继续升温并搅拌,在400 的条件下加入镓、锗,恒温420 ,搅拌10分钟;
(4)恒温搅拌30分钟,浇注过程快速冷却,制成锡锭,可进一步制成锡条、锡线及锡粉等。
[0020] 表2:锡渣及焊点比较。实施例 加热温度 保持时间 锡渣率% 焊点光泽
对比例 380 24 1.853 较光亮
1 380 24 1.117 光亮
2 380 24 0.878 金属光泽
3 380 24 0.723 金属光泽
4 380 24 1.022 光亮
5 380 24 0.954 金属光泽
[0021] 经上述试验可知,镓、锗的添加大大提高了焊料合金的抗氧化性,锡渣产率降低,且焊点有光泽,同时,控制银、锑、铈及钕的添加比例,得到焊接过程润湿角在0~30o之间,润湿性为优,相比较SnAgCu焊料合金(润湿性良)有了较大的提高,这说明按照本发明配方及制备方法所得的SnAgCu基焊料合金能够满足高抗氧化及优良的润湿性的要求,并保证了其相应的力学性能。