CN102233488A

CN102233488A - 一种无铅焊料

Info

Publication number: CN102233488A
Application number: CN2010101677092A
Authority: CN
Inventors: 朱朋武
Original assignee: NINGBO ZHUOCHENG SOLDER TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: NINGBO ZHUOCHENG SOLDER TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-09

Abstract

本发明公开了一种新型开发的无铅焊料，其特征在于它由下述重量百分比的组成：Ag：0.5-1％、Cu：0.3-0.7％、Bi：1-3％、P：0.0002-0.0005％、Ce：0.01-1％、Ni：0.01-0.15％，其余为Sn的低成本高性能微电子封装用无铅焊料，满足市场对于焊料无铅和效益的双重要求。本发明提供的无铅焊料，具有无毒性、机械性能和电气性能好、抗氧化性和耐腐蚀性优良，抗蠕变疲劳特性好、有良好的润湿和铺展性，焊点可靠性高且价格低廉，以及良好的力学性能等特点。

Description

一种无铅焊料

技术领域

本发明属于焊接所用焊料领域，涉及一种焊接材料，更具体地说是一种微电子封装用无铅焊料。

背景技术

目前，用于微电子封装用典型焊料是Sn-Pb合金，具有成本低廉、导电性好、力学焊接性能优良等特点。但铅和铅的化合物为有毒有害物质，焊料在生产和使用过程中危害人体健康，容易致癌，焊接废弃物也会严重污染环境。伴随环保意识的增强，欧盟WEEE、RoHS等禁铅法令相继实施。我国的《电子信息产品污染防治管理办法》也规定自2006年7月1日起实行焊料无铅化，严格的禁铅条例带来了封装业对于无铅焊料的更高要求。

目前主流产品是SnAgCu和SnCu两大类，占有无铅市场份额的80％以上。SnAgCu焊料的优点是合金中弥散分布有微细的Ag3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物强化相，可实现优良的机械性能和高温稳定性；与镀Pb元器件兼容较好，由熔Pb引起的焊点剥离情况比其他无铅焊料少。主要缺点为熔点(约217℃)比SnPb共晶合金高，浸润性比SnPb焊料差。SnCu焊料的优点是原料价格便宜；慢冷时焊接表面的孔洞较少。缺点是熔点高，浸润性较SnAgCu焊料差，耐高温性能较差，与镀Pb元器件兼容性差等。SnAg焊料具有优良的高温稳定性和可操作性，添加In、Bi可大幅降低熔点(208～212℃)。主要缺点为金属In价格昂贵，与镀Pb元器件兼容性差等。SnZn焊料的优点是熔点与SnPb焊料最接近(190～197℃)，原料价格便宜，连接强度高等。SnZn焊料在欧美已经实用化，日本厂家则通过改良焊剂，在大气中钎焊，达到不亚于SnPb焊料的封装效果。缺点是Zn较活泼，易氧化腐蚀，必须在氮气中进行回流焊，此外浸润性极差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点与不足之处，提供一种具有熔点低、润湿性好、成本低、抗氧化能力好的无铅焊料，从而为微电子行业封装提供优质的焊接材料。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有：Ag：0.5-1％、Cu：0.3-0.7％、Bi：1-3％、P：0.0002-0.0005％、Ce：0.01-1％、Ni：0.01-0.15％，其余为Sn。

Bi元素在焊料中具有降低熔点的作用，但如果Bi的含量偏高，会出现片状粗大Bi相，造成焊料脆性和抗疲劳性能变差；当Bi含量超过20％时，则会出现焊料中不允许存在的熔点为139℃的低熔共晶组织。为此，本发明提供的无铅焊料中Bi的含量控制在1～3％，目的在于获得较低焊料熔点的同时避免出现低熔共晶组织。

加入0.3～0.7％Cu元素能够抑制焊接过程中的熔Cu现象，可提高焊点的机械性能，尤其是抗疲劳性能，从而强化了焊料合金。

添加极微量的P可以使液态焊锡在焊接过程中有极好的抗氧化作用。由于P在液态焊锡过程中分布在液面上，使得P与Sn、O2等元素作用生成一层很薄又十分致密的含氧酸盐保护膜。该保护膜可阻碍O2对焊料的氧化，使焊锡在焊接过程中处于新鲜状态，从而确保了焊点的质量，并能够防止大量锡渣的产生，降低了锡的损耗。

铈(Ce)是稀土元素，熔点789℃，沸点3426℃，密度6.77g/cm3，它是灰色活泼金属，在空气中易氧化失去光译，加热燃烧，易溶于酸，是合金材料，它可脱氧、脱硫、均匀细化晶粒、提高机械性能和抗氧化能力，可降低熔点，在合金液面加入的氯化钾为复盖剂，防止燃烧氧化形成铈的化合物和铈的升华，其效果很好。

通过采取上述技术方案，本发明具有以下有益的效果：(1)由于焊料合金熔点低，因此焊接过程中可采用偏低的工艺温度，与目前使用Sn-Pb焊料的电子元件及材料具有兼容性；(2)焊料具有良好的抗氧化性能，焊接过程可不用N2气保护，而且降低了锡渣的损耗；(3)Ag用量减少，降低了原材料成本，经济效益显著。

本发明提供的一种无铅焊料，与现有的Sn-Ag-Cu焊料合金相比，具有无毒性、机械性能和电气性能好、抗氧化性和耐腐蚀性优良，抗蠕变疲劳特性好、有良好的润湿和铺展性，焊点可靠性高且价格低廉，以及良好的力学性能等特点。

具体实施方式

具体实施例一：

本实施方式的无铅焊料由以下重量百分比的成份组成：

Ag：0.6％、Cu：0.4％、Bi：1％、P：0.0002％、Ce：0.02％、Ni：0.05％，其余为Sn。

该配方得到的产品，熔化温度210～215℃，拉伸强度80MPa，延伸率70％。

具体实施例二：

本实施方式的无铅焊料由以下重量百分比的成份组成：

Ag：0.7％、Cu：0.5％、Bi：2％、P：0.0003％、Ce：0.05％、Ni：0.1％，其余为Sn。

该配方得到的产品，熔化温度205～210℃，拉伸强度82MPa，延伸率75％。

具体实施例三：本实施方式的无铅焊料由以下重量百分比的成份组成：

Ag：0.8％、Cu：0.6％、Bi：3％、P：0.0005％、Ce：1％、Ni：0.12％，其余为Sn。

该配方得到的产品，熔化温度200～205℃，拉伸强度85MPa，延伸率78％。

本发明不局限于上述实施例，在实际应用时，可根据不同性能要求及使用场合，选择上述实施例中的不同配比，或除上述各实施例以外的不同配比，但均不以任何形式限制本发明的范围。

Claims

1.一种无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有：

Ag：0.5-1％、Cu：0.3-0.7％、Bi：1-3％、P：0.0002-0.0005％、Ce：0.01-1％、Ni：0.01-0.15％，

其余为Sn。

2.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有：Ag：0.6％、Cu：0.4％、Bi：1％、P：0.0002％、Ce：0.02％、Ni：0.05％，

其余为Sn。

3.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有：

Ag：0.7％、Cu：0.5％、Bi：2％、P：0.0003％、Ce：0.05％、Ni：0.1％，

其余为Sn。

4.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有：

Ag：0.8％、Cu：0.6％、Bi：3％、P：0.0005％、Ce：1％、Ni：0.12％，

其余为Sn。