焊料
阅读：445发布：2020-05-12
专利汇可以提供焊料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 焊料 ，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn。具体而言，所述焊料是不包含Pb的无Pb焊料。，下面是焊料专利的具体信息内容。
1.一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、
5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn。
2.如权利要求1所述的焊料，其中所述焊料基本上不包含Bi。
3.如权利要求1或2所述的焊料，其中其晶体取向为各向同性。
4.如权利要求1至3中任一项所述的焊料，其中所述焊料在其结构中不包括孪晶变形。
1.一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、
5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn，其中所述焊料基本上不包含Bi。
焊料
技术领域
[0001] 本发明涉及一种焊料，其用作将物体接合在一起时的接合材料。
背景技术
[0003] 无Pb焊料以锡(Sn)为主要成分，并包含利于沉淀强化的银(Ag)和铜(Cu)作为次要成分。此外，固溶强化已知通过添加铟(In)和锑(Sb)来实现。例如，日本特开专利公报No.2002-120085公开了一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至4.5重量％的Ag、0.2重量％至2.5重量％的Cu、不超过12重量％的In以及不超过2重量％的Sb，剩余部分为Sn。国际公开No.WO 1997/009455公开了一种焊料，所述焊料包含1.4重量％至7.1重量％的Ag、0.5重量％至1.3重量％的Cu、0.2重量％至9.0重量％的In以及0.4重量％至2.7重量％的Sb，剩余部分为Sn。在一些情况中，还可以加入铋(Bi)。
发明内容
[0004] 将上述种类的电子元件接合在一起的电路板构成例如安装在汽车中并控制发动机的车载发动机控制单元。现在，汽车有时在极冷的环境中使用，有时在极热的环境中使用。因此要求在较宽的温度范围内保证运行。
[0005] 然而，众所周知的无Pb焊料已知特别是在极低温的环境中在机械特性上有变化。因此，令人关注的是，当汽车在极冷的环境中使用时，车载发动机控制单元的产品寿命中会出现变化。因此，传统技术的焊料在极低温环境中使用时存在可靠性不足的缺点。
[0006] 本发明的主要目的是提供一种即使在极低的温度时也显示出稳定机械特性的焊料。
[0007] 本发明的另一目的是提供一种即使在极低温环境下使用时也获得足够的可靠性的焊料。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn。
[0009] 通过采用这样的组成，可以构造低熔点的焊料。由于其具有较低的熔点，因此可以降低接合时施加至焊料的温度。因此，可以减少对待接合的物体(例如，电子元件)造成的热损伤。
[0010] 此外，由于固溶体元素的添加量很小，不易发生孪晶变形，并且抑制了过共晶物质的生成，因此减少了机械特性的变化。因此，接合部的寿命的变化变小，结果，接合物的产品寿命变得稳定。因此，提高了其可靠性。以上内容将在后面详细描述。
[0011] 如上所述，本发明的焊料仅包含Sn、Ag、Cu、In和Sb。因此，焊料基本上不包含Bi。因此，其代表具有稳定机械特性的焊料。注意，此处所提及的“基本上不包含”表示拥有不可避免混合在其中的量，而不包括超过不可避免混合在其中的量的量。
[0012] 如上所述，根据本发明，焊料仅由一定量的Ag、Cu、In、Sb和Sn构成。因此，可获得低熔点且机械特性变化小的焊料。因此，可以减少对接合物造成的热损伤，并且可以抑制产品寿命的变化以改善可靠性。附图说明
[0014] 图2是显示使用实施例和比较例1至3的试样在-40℃的环境中进行拉伸试验时抗张强度变化幅度的图；和
[0015] 图3是显示在-40℃至超过100℃对比较例1进行拉伸试验时抗张强度变化幅度的图。
具体实施方式
[0016] 下面将参考附图详细介绍和描述本发明的焊料的优选实施方式。
[0017] 本实施方式的焊料是所谓的无Pb焊料，其主要由Sn构成，含有Ag和Cu以促进沉淀强化，并且其中还添加有In和Sb。也就是说，该焊料由合金构成，所述合金包含2.5％至3.3％(重量％，下同)的Ag、0.3％至0.5％的Cu、5.5％至6.4％的In和0.5％至1.4％的Sb，其剩余部分是不可避免的杂质和Sn。
[0018] 通过将Ag设置为2.5％以上，如上所述促进沉淀强化。现在，将通过在-40℃的环境中对Ag为3.0％和3.5％的Sn-Ag-Cu-In-Sb合金试样进行多次拉伸试验而获得的抗张强度绘图时，发现Ag为3.5％时的抗张强度的变化大于Ag为3.0％时。
[0019] 其原因据推断是，因为当Ag为3.5％时，存在Sn-Ag共晶组成，因此存在亚共晶物质、共晶物质和过共晶物质混合的结构。因此，为了不具有共晶组成而将Ag设定为不超过3.3％。结果，避免了在结构中混合亚共晶物质、共晶物质和过共晶物质，并且能够抑制抗张强度的变化。
[0020] 0.3％以上的Cu也同样会促进沉淀强化。另一方面，当存在Sn-Cu共晶组成时，即当Cu约为0.7％时，则产生亚共晶物质、共晶物质和过共晶物质混合的结构，最终导致抗张强度的变化。为了避免这种情况，Cu被设置为不超过0.5％。
[0021] 此外，通过加入5.5％以上的In，促进了固溶强化，并降低了焊料的熔点。也就是说，与只含有Sn、Ag和Cu的无Pb焊料相比，该焊料的熔点降低。因此，当电子元件与电路板接合时，其在低温下熔化，以此类推。
[0022] 另一方面，如果在Sn中加入过量的In，则Sn的转变点降低。例如，在125℃以上时，其转变为γ相(InSn4)。这种第二相是焊料的机械特性发生变化的部分原因。因此，为了避免这种情况，将In设置为不超过6.4％。在这种情况下，焊料中不会发生孪晶变形。
[0023] 此外，通过加入0.5％以上的Sb，可促进固溶强化。此外，InSn4和β-Sn与In一同在液相中生成，由此晶粒变小，从而导致多晶取向。也就是说，焊料几乎不显示各向异性。换言之，有可能接近各向同性。
[0024] 在使用由Sb与Sn的比例被设定为1.0％至3.0％的范围内的合金构造的试样并构建在-40℃的环境中进行拉伸试验的应力-应变曲线时，获得的结果是，虽然抗张强度随Sb比例的增加而增加，但抗张强度的变化也随Sb比例的增加而增加。具体而言，当Sb与Sn的比例被设定为3.0％时，在应力-应变曲线中出现应力急剧下降和上升之处，即扰动。其原因据推断是，由于固溶元素的大量存在，不发生滑移变形，结果更容易发生孪晶变形。为了避免这种情况，Sb被设置为不超过1.4％，在该比例不容易发生孪晶变形。
[0025] 此外，当使用由Bi与Sn的比例被设定为1.0％、2.0％和3.0％的合金构造的试样并构建在-40℃的环境中进行拉伸试验的应力-应变曲线时，发现即使在1.0％时抗张强度的变化也会增加，并且即使在2.0％时应力-应变曲线也会出现扰动。其原因据推断是，在已添加Bi的情况下，与Sn的情况相比，孪晶变形明显更容易发生。因此，在本实施方式中，Bi基本上的添加量被设定为零。
[0026] 焊料的典型组成是Sn-3.0Ag-0.5Cu-6.0In-1.0Sb。也就是说，典型组成的焊料含有3.0％Ag、0.5％Cu、6.0％In和1.0％Sb，其剩余部分是Sn和不可避免的杂质。
[0027] 采用这种组成，获得了熔点低且抗张强度变化受到抑制的焊料。由此，首先，由于能够在回流焊中实现低温熔化和接合，故例如可以减少当电子元件与电路板接合时电子元件受到的热损伤。
[0028] 此外，由于抗张强度的变化较小，已使用焊料接合的接合部的寿命变得稳定，变化很小。因此，提高了可靠性。此外，由于抑制了接合物(例如，车载发动机控制单元等)的产品寿命的变化，因此改善了接合物的设计灵活性，并且可以获得高密度或小尺寸的产品。
[0029] 实施例1
[0030] 制备由组成为Sn-3.0Ag-0.5Cu-6.0In-1.0Sb的焊料(合金)构造的试样，在-40℃的环境中进行多次拉伸试验，以在每次试验中构建应力-应变曲线。此后，该试样也将被称为实施例。
[0031] 与此分开的制备由比较例1至3的焊料构造的试样，并且与上文描述类似地在-40℃的环境中进行多次拉伸试验，以在每次试验中构建应力-应变曲线。现在，比较例1既不包含In也不包含Sb，比较例2包含超过3.0％的Ag和超过3.0％的Bi。此外，比较例3包含超过3.0％的Ag、超过0.7％的Cu和超过0.7％的Bi。
[0032] 实施例的结果显示在图1中，每次使用不同类型的线。此外，从应力-应变曲线中发现的每个试样的抗张强度的值也显示在图2中。由图1和2可以理解，在实施例中，各试验中的应力基本一致(即，抗张强度的变化非常小)，而在比较例1至3中，应力因试验而不同，因此抗张强度的变化很大。也就是说，采用实施例的组成可获得具有稳定抗张强度(机械特性)的焊料。
[0033] 注意，在对比实施例和比较例1的熔点时，发现实施例的熔点大约低20℃。这意味着与比较例1相比，实施例的焊料更容易在较低的温度下熔化。
[0034] 此外，在比较例2中，已经证实在应力-应变曲线中出现了较大的扰动。结果，在比较例2中，抗张强度的变化增加。
[0035] 实施例2
[0036] 在-40℃至超过100℃的温度范围内测量比较例1的试样的抗张强度。结果显示在图3中。由该图3可以理解，随着温度的降低，抗张强度的变化趋于增加。
[0037] 对在-40℃经历拉伸试验的比较例1的试样中的抗张强度为75PMa的试样和抗张强度为45MPa的试样进行晶体取向分析，并计算Schmidt因子。结果，前者的Schmidt因子为0.13，后者为0.47。也就是说，具有较大抗张强度的试样的Schmidt因子较小，具有较小抗张强度的试样的Schmidt因子较大。由这种相关性可以推断，变化的主要原因是晶体取向存在各向异性。
[0038] 此外，当对比较例2的试样进行微观结构观察时，证实在应力-应变曲线中出现的扰动较大的试样中发生显著的孪晶变形，而在扰动较小的试样中，尽管发生了孪晶变形，但孪晶变形的规模很小。也就是说，孪晶变形越大，应力-应变曲线中出现的扰动越大，抗张强度变化越大。
[0039] 相比之下，在实施例中，即使在上述的-40℃的环境中也显示出稳定的抗张强度，此外，即使进行微观观察时也未发现孪晶变形。由此可清楚看出，将组成设定在上述范围内并将Bi基本上设定为0能够获得具有较小抗张强度变化的焊料。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种复合焊料 | 2020-05-11 | 950 |
| 焊料合金 | 2020-05-13 | 392 |
| 焊料 | 2020-05-11 | 202 |
| 一种软钎焊用的无铅焊料 | 2020-05-13 | 104 |
| 一种软钎焊用的无铅焊料 | 2020-05-13 | 818 |
| 无铅焊料 | 2020-05-11 | 829 |
| 焊料 | 2020-05-12 | 98 |
| 无铅焊料 | 2020-05-11 | 639 |
| 一种指套式焊料加热器 | 2020-05-12 | 305 |
| 一种糖葫芦状焊料结构 | 2020-05-12 | 858 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈