CN1310736C - 无铅软焊料 - Google Patents
无铅软焊料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1310736C CN1310736C CNB028249046A CN02824904A CN1310736C CN 1310736 C CN1310736 C CN 1310736C CN B028249046 A CNB028249046 A CN B028249046A CN 02824904 A CN02824904 A CN 02824904A CN 1310736 C CN1310736 C CN 1310736C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- weight
- solder
- alloy
- lead
- scolder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Organic Insulating Materials (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
本发明涉及一种尤其用于电子学和电工学的无铅软焊料。本发明的任务是开发一种无铅软焊料,它绝对不易于形成粗大锡枝晶,在其熔化后保证了平滑均质的焊料表面并且它适用作BGA小球(芯片制造用焊料球)。本发明提供一种以Sn-Ag-Cu焊料合金为基础的无铅软焊料,所述Sn-Ag-Cu焊料合金由基本合金构成,该基本合金含有5.0-20重量%的银、0.8-1.2重量%的铜以及余量分别为锡和通常的杂质,并且在所述基本合金中添加有0.8-1.2重量%的铟和总量为0.01-0.2重量%的以下合金元素中的一种或多种,即镍、锗和镧系元素。
Description
本发明涉及一种尤其用在电子学和电工学的无铅软焊料。
除了具有相对要热接合的金属构件的良好浸润性能之外,用于电子学和电工学的软焊料还应在焊缝过渡部中具有尽可能小的电阻以及尽可能高的疲劳强度,因而,用这种软焊料本身就能使具有截然相同的热膨胀系数的材料接合起来。此外,也特别有意义的是,焊料的熔点或者熔化区一方面足够大于最高工作温度,但同时也要低到能使要通过软焊料接合的构件不会因借助该焊料的焊接所需的熔化温度而受损。此外,如果用作焊料的合金具有共晶的或者近似共晶的特性,则有利于最佳的焊接性能。
尤其是对于要用于制造BGA小球(芯片制造用焊料球)的焊料来说,除了很好的机械性能和电性能外,也还被迫需要光滑均匀的焊电表面,以便能够在焊点的有效质量控制范围内快速无误地根据其光泽来目测评估焊点。
因而,特别是对这种用于制造BGA小球(芯片制造用焊料球)的合金提出了一个很重要的要求,即在焊料冷却时应避免产生枝晶,这是因为,与形成粗大锡枝晶有关地出现的粗大晶粒组织大大影响了焊点表面的光滑均匀性及其光泽。
由于焊料常常在具有截然相同的温度膨胀系数的材料之间形成界面,因而,与形成粗大组织相关地出现的并由温度波动引起的剪切应力例如可能与在焊接后的冷却中的温度变化相关地导致焊接部受损。
所有上述这些截然不同的要求迄今全通过SnPb焊料来满足。
但由于铅是有毒的,因而在欧盟范围内,出于劳动保护和环保考虑在2006年以后应该从电子学中除去铅。
从US 5,980,822和US 5,918,795中知道了例如SnBi焊料,它们由于其熔点低而例如别提供作为SnPb焊料的替换品。
这些合金的一个主要缺点也是铋造成焊接性能差。
已在EP 0858859中描述的、将铋用于降低锡银铜合金的熔点对用在BGA小球(球栅阵列)中来说是不利的,因为铋还提高了延展性并大大限制了所需的焊料球弹性。
这些焊料具有低的剪切强度和疲劳强度。
在US 6,231,691 B1中,一方面在如US 5,527,628所述的共晶Sn-4.7%Ag-1.7%Cu焊料中加入了0.15%的Ni。焊料基体的共晶熔点216.8℃因而无法改变。
用在这种焊料合金中的铜成分由于形成Cu3Sn针晶和/或Cu6Sn5针晶而跨接了较宽的焊缝,但这种金属键相的形成必然造成上述的与焊接性能和焊接部的机械性能/物理性能相关的缺点。
早在US 6,231,691 B1中也描述了一种焊料合金,其焊料基体为Sn-4.7%Ag-1.7%Cu和0.3%Fe。
通过加入合金成分Fe,接近纯Sn的熔点(223℃)的焊料基体的共晶熔点216.8℃并不发生变化。
但是,在焊料基体中加入0.3%Fe会使该焊料易于生锈并因而不能用在电子学领域中。
另外,US 5,938,862公开了一种焊料合金,其成分为Sn-(8.0%-10%)In-3.2%Ag-1.0%Cu。但由于铟在天然矿藏中只是很有限地可供使用,因而它比银贵一倍。铟的价格昂贵由于其在合金中含量高而也对焊料合金价格有很大的影响。但同时,比较高的铟含量也使这种铟焊料合金很软。
同时,尤其在用于非共晶焊料合金时,铟含量造成出现不可避免的变形(孔),因而,铟合金必然不适用于芯片制造用焊料球的制造。
在背景技术中,例如如EP 1231015所述地,公开了一系列的Sn-(2.0%-4%)Ag-(0.5%-1.5%)Cu焊料合金。这些焊料合金的共同点是,它们在工艺冷却过程中都非常易于形成粗大的锡枝晶,因而,它们具有与之有关的缺点。在EP 0847829里描述了另一种焊料合金,其焊料的变型方案同样易于形成粗大的锡枝晶,而且还决不可能达到对用作BGA小球来说是最佳的熔化凝固区214℃-215℃。
因而,本发明的任务是消除背景技术中的缺点并开发出一种无铅软焊料,其起始于214℃左右的熔化凝固区一方面是共晶的,另一方面也可以通过有目的地搀杂来明确地向上扩大范围,同时,决不易于形成粗大的锡枝晶,在熔化后保证了焊料表面的平滑和均质,它的特点还在于有很好的物理性能和化学性能,例如很好的浸润性能、高疲劳强度、良好的耐蚀性、良好的塑性和韧性以及低电阻,并且它适合于制造BGA小球(制造芯片用焊料球)。
按照本发明,该任务通过一种以Sn-Ag-Cu焊料合金为基础的无铅软焊料来完成,其特征在于,所述Sn-Ag-Cu焊料合金由基本合金构成,所述基本合金含有5.0-20重量%的银、0.8-1.2重量%的铜以及余量分别为锡和通常的杂质,并且在所述基本合金中添加有0.8-1.2重量%的铟和总量为0.01-0.2重量%的以下合金元素中的一种或者多种,即镍、锗和镧系元素。
在这里,镧系元素可以是镧或钕。
当银含量为5-5.5重量%时获得的本发明无铅软焊料具有在最高为214℃-215℃区域内的近似共晶的熔化凝固温度,它在冷却时避免形成粗大的锡枝晶并总是保证焊料的光滑均匀表面。
若将银搀杂量提高到大于5.5重量%-20重量%,那么随着银含量的提高,就形成一个可明确向上扩展的熔化区,它开始于共晶温度214℃-215℃。
本发明的焊料具有在214℃-215℃开始并明确向上扩展的、近似共晶的熔化凝固温度,这样的温度在冷却时避免了形成粗大的锡枝晶,并且总是保证了焊点表面的光滑和均质。
同时,本发明的无铅软焊料的特点是很好的物理性能和化学性能如很好的浸润性、高疲劳强度、良好的耐蚀性、良好的塑性和韧性以及在于较低的电阻并在熔化之后具有光滑均质的焊料表面。
由于所述性能,按照本发明的无铅软焊料尤其适用于制造BGA小球(芯片制造用焊料球)。
本发明的其它特点、细节和优点除了参见权利要求书的字句外也可参见以下对实施例的说明。
结合两个实施例对本发明进行详细叙述。
在第一实施例中详细叙述了一种按照本发明的无铅软焊料,它包括98.8重量%的Sn-5%Ag-1%Cu的合金,以及1重量%的铟和0.2重量%的镍。按照本发明,添加1重量%的铟尤其改善了这样的焊料基体Sn-5%Ag-1%Cu的物理性能,如其浸润性能、耐蚀性、塑性和韧性。
根据本发明,添加铟能保证整个合金的近似共晶性能,同时降低了焊缝过渡部位处的电阻。
与根据本发明附加地添加0.2%的镍相关地,由于按照本发明的总组成成分,近似保持本发明合金的所力求的共晶性能。同时造成,在本发明软焊料合金的工艺冷却过程中不形成粗大锡枝晶。
在第二实施例中详细介绍了一种按照本发明的无铅软焊料,它包括98.8重量%的Sn-5%Ag-1%Cu的合金,和1重量%的铟,它在熔液中搀杂有0.2重量%的镧。
按照本发明,添加1重量%的铟尤其又改善了焊料基体Sn-5%Ag-1%Cu的这些物理性能如浸润性能、耐蚀性、塑性和韧性。
按照本发明,添加铟在保证整个合金的近似共晶性能的同时又降低了焊缝过渡部位里的电阻。
与按照本发明附加地添加0.2%的镧有关地,其中这种镧可以是纯镧,但也可以作为例如与镍或锗的中间合金,由于按照本发明的总组成成分,保持本发明合金的所力求的共晶性能及其熔点214℃-215℃。
在本发明软焊料合金的工艺冷却过程中,还并不形成粗大锡枝晶。
与传统的SnPbAg焊料和SnAgCu焊料相比,根据本发明的焊料也具有改善的均质表面、更好的耐氧化性能以及明显改善的机械性能,因而,这种焊料也可以最佳地用于BGA小球的生产。
借助按本发明的解决方案提出了一种无铅软焊料,其起始于214℃的熔化凝固区一方面是共晶的,而另一方面通过有目的地搀杂明确地向上扩展,同时也决不易于形成粗大的锡枝晶,在熔化后保证了焊料表面的光滑和均质,另外,它的特点在于很好的物理性能和化学性能如很好的浸润性能、高疲劳强度,良好的耐蚀性、良好的塑性和韧性以及低的电阻,因此该无铅软焊料适合用作BGA小球(芯片制造用焊料球)。
Claims (2)
1.一种以Sn-Ag-Cu焊料合金为基础的无铅软焊料,其特征在于,所述Sn-Ag-Cu焊料合金由基本合金构成,所述基本合金含有5.0-20重量%的银、0.8-1.2重量%的铜以及余量分别为锡和通常的杂质,并且在所述基本合金中添加有0.8-1.2重量%的铟和总量为0.01-0.2重量%的以下合金元素中的一种或者多种,即镍、锗和镧系元素。
2.按权利要求1所述的以Sn-Ag-Cu焊料合金为基础的无铅软焊料,其特征在于,所述基本合金含有5-5.5重量%的银。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10161826.3 | 2001-12-15 | ||
DE10161826 | 2001-12-15 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1604832A CN1604832A (zh) | 2005-04-06 |
CN1310736C true CN1310736C (zh) | 2007-04-18 |
Family
ID=7709452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB028249046A Expired - Fee Related CN1310736C (zh) | 2001-12-15 | 2002-12-10 | 无铅软焊料 |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050008525A1 (zh) |
EP (1) | EP1453636B1 (zh) |
JP (1) | JP2005512813A (zh) |
KR (1) | KR20040063990A (zh) |
CN (1) | CN1310736C (zh) |
AT (1) | ATE334775T1 (zh) |
BR (1) | BR0215041A (zh) |
DE (1) | DE50207747D1 (zh) |
HU (1) | HUP0402010A2 (zh) |
MX (1) | MXPA04005835A (zh) |
WO (1) | WO2003051572A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101885119A (zh) * | 2010-06-25 | 2010-11-17 | 常熟市华银焊料有限公司 | 含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4791685B2 (ja) * | 2003-05-22 | 2011-10-12 | シャープ株式会社 | 導電性ボール、電極構造、電子部品の電極の形成方法、電子部品ならびに電子機器 |
DE102004038280B4 (de) | 2004-08-03 | 2006-07-27 | W.C. Heraeus Gmbh | Verfahren zum Herstellen von Feinstlotpulvern |
CN1314512C (zh) * | 2005-01-28 | 2007-05-09 | 于大全 | 无铅钎料合金添加剂及无铅合金钎料 |
JP4322844B2 (ja) * | 2005-06-10 | 2009-09-02 | シャープ株式会社 | 半導体装置および積層型半導体装置 |
TWI465312B (zh) * | 2005-07-19 | 2014-12-21 | Nihon Superior Co Ltd | 追加供應用無鉛焊料及焊浴中之Cu濃度及Ni濃度之調整方法 |
JP4040644B2 (ja) * | 2005-07-28 | 2008-01-30 | シャープ株式会社 | 半田付け実装構造の製造方法および半田付け実装方法 |
DE102006047764A1 (de) * | 2006-10-06 | 2008-04-10 | W.C. Heraeus Gmbh | Bleifreies Weichlot mit verbesserten Eigenschaften bei Temperaturen >150°C |
DE202006015429U1 (de) * | 2006-10-09 | 2008-02-21 | Innowatec Dipl.-Ing. Grieger & Englert Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Reinigen eines Druckzylinders |
WO2008084603A1 (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-17 | Topy Kogyo Kabushiki Kaisha | マニュアルソルダリング用無鉛はんだ合金 |
WO2009110458A1 (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-11 | 千住金属工業株式会社 | 鉛フリーはんだ接続構造体およびはんだボール |
US8395051B2 (en) * | 2008-12-23 | 2013-03-12 | Intel Corporation | Doping of lead-free solder alloys and structures formed thereby |
US8509731B2 (en) * | 2009-11-06 | 2013-08-13 | Research In Motion Limited | Location determination for mobile devices in emergency situations |
RU2541249C2 (ru) * | 2013-02-20 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ" | Способ изготовления припоя на основе олова |
CN105750758A (zh) * | 2016-04-29 | 2016-07-13 | 广东中实金属有限公司 | 一种高可靠性的低温无铅焊料及其制备方法 |
CN107502782B (zh) * | 2017-10-24 | 2019-06-21 | 河南科技大学 | 铜合金热镀用稀土锡基合金及其制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5527628A (en) * | 1993-07-20 | 1996-06-18 | Iowa State University Research Foudation, Inc. | Pb-free Sn-Ag-Cu ternary eutectic solder |
US6224690B1 (en) * | 1995-12-22 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Flip-Chip interconnections using lead-free solders |
US6231639B1 (en) * | 1997-03-07 | 2001-05-15 | Metaullics Systems Co., L.P. | Modular filter for molten metal |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6231691B1 (en) * | 1997-02-10 | 2001-05-15 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Lead-free solder |
DE19729545A1 (de) * | 1997-07-10 | 1999-01-14 | Euromat Gmbh | Lotlegierung |
US20020155024A1 (en) * | 2000-10-27 | 2002-10-24 | H-Technologies Group, Inc. | Lead-free solder compositions |
DE60217199T2 (de) * | 2001-02-09 | 2007-10-04 | Taiho Kogyo Co., Ltd., Toyota | Bleifreies Weichlot und Weichlotverbindung |
CN1346728A (zh) * | 2001-09-19 | 2002-05-01 | 大连理工大学 | 含稀土多合金组元无铅钎料合金 |
-
2002
- 2002-12-10 AT AT02791624T patent/ATE334775T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-12-10 CN CNB028249046A patent/CN1310736C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-10 WO PCT/DE2002/004525 patent/WO2003051572A1/de active IP Right Grant
- 2002-12-10 JP JP2003552486A patent/JP2005512813A/ja active Pending
- 2002-12-10 HU HU0402010A patent/HUP0402010A2/hu unknown
- 2002-12-10 DE DE50207747T patent/DE50207747D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-12-10 BR BR0215041-7A patent/BR0215041A/pt active Pending
- 2002-12-10 US US10/498,154 patent/US20050008525A1/en not_active Abandoned
- 2002-12-10 KR KR10-2004-7008958A patent/KR20040063990A/ko not_active Application Discontinuation
- 2002-12-10 EP EP02791624A patent/EP1453636B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-12-10 MX MXPA04005835A patent/MXPA04005835A/es not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5527628A (en) * | 1993-07-20 | 1996-06-18 | Iowa State University Research Foudation, Inc. | Pb-free Sn-Ag-Cu ternary eutectic solder |
US6224690B1 (en) * | 1995-12-22 | 2001-05-01 | International Business Machines Corporation | Flip-Chip interconnections using lead-free solders |
US6231639B1 (en) * | 1997-03-07 | 2001-05-15 | Metaullics Systems Co., L.P. | Modular filter for molten metal |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101885119A (zh) * | 2010-06-25 | 2010-11-17 | 常熟市华银焊料有限公司 | 含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料 |
CN101885119B (zh) * | 2010-06-25 | 2012-01-11 | 常熟市华银焊料有限公司 | 含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2003051572A1 (de) | 2003-06-26 |
US20050008525A1 (en) | 2005-01-13 |
KR20040063990A (ko) | 2004-07-15 |
BR0215041A (pt) | 2004-11-03 |
HUP0402010A2 (hu) | 2005-01-28 |
ATE334775T1 (de) | 2006-08-15 |
JP2005512813A (ja) | 2005-05-12 |
EP1453636B1 (de) | 2006-08-02 |
MXPA04005835A (es) | 2005-03-31 |
EP1453636A1 (de) | 2004-09-08 |
DE50207747D1 (de) | 2006-09-14 |
CN1604832A (zh) | 2005-04-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1310736C (zh) | 无铅软焊料 | |
KR101339025B1 (ko) | 솔더 합금 | |
JP3296289B2 (ja) | はんだ合金 | |
DE60217199T2 (de) | Bleifreies Weichlot und Weichlotverbindung | |
JP3693762B2 (ja) | 無鉛はんだ | |
JPH06238479A (ja) | 無鉛ハンダ材料 | |
CN1195592A (zh) | 焊料用无铅合金 | |
KR20220048483A (ko) | 고온 초고신뢰성 합금 | |
CN113714677B (zh) | 一种可实现CSP器件高强度互连的Sn基钎料 | |
CN102936669A (zh) | 一种低熔点无铅焊料合金 | |
JP3353662B2 (ja) | はんだ合金 | |
Anderson et al. | Sn-Ag-Cu solders and solder joints: Alloy development, microstructure, and properties | |
CN112643241A (zh) | 一种Sn-Bi-Cu-Ag-Ni-Sb低温高力学性能无铅焊料合金 | |
WO2007081006A1 (ja) | はんだ合金、はんだボールおよびそれを用いたはんだ接合部 | |
JP3262113B2 (ja) | はんだ合金 | |
JP2005512813A6 (ja) | 無鉛ソフトハンダ | |
EP3707285B1 (en) | Low-silver tin based alternative solder alloy to standard sac alloys for high reliability applications | |
JP3776361B2 (ja) | 鉛フリーはんだ及びはんだ継手 | |
CN107538149B (zh) | 一种Sn-Cu-Co-Ni无铅焊料及其制备方法 | |
JP2001287082A (ja) | はんだ合金 | |
CN1265934C (zh) | 一种抗氧化无铅焊料及其制备方法 | |
JP3353686B2 (ja) | はんだ合金 | |
CN109082559B (zh) | 一种SnAgCuNiGeCe低银高可靠性无铅焊料合金 | |
CN1586793A (zh) | SnZn系无铅钎料 | |
CN1974109A (zh) | 一种波峰焊用稀土无铅焊料合金 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070418 Termination date: 20211210 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |