CN102233488A - 一种无铅焊料 - Google Patents
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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
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 (4)
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。
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