專(zhuān)利名稱(chēng)：低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料，屬于無(wú)鉛焊料技術(shù)。
背景技術(shù)：
與人類(lèi)生活工作密切相關(guān)的各種電子產(chǎn)品在造福人類(lèi)的同時(shí)，也因在電子產(chǎn)品中含鉛 焊料的使用而日益危害人類(lèi)的身體健康和生態(tài)環(huán)境。歐盟領(lǐng)導(dǎo)下的電子電氣設(shè)備廢棄組織 (WEEE)要求在2006年停止在電子裝配工業(yè)中使用含鉛材料。美國(guó)國(guó)家電子制造協(xié)會(huì) (NEMI)為此專(zhuān)門(mén)實(shí)施一個(gè)名為"NEMI的焊接無(wú)鉛化計(jì)劃"來(lái)系統(tǒng)研究無(wú)鉛裝配在電子工 業(yè)中的使用問(wèn)題；日本的主要消費(fèi)電子制造企業(yè)也紛紛承諾盡快全面實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛電子裝配， 這一切使無(wú)鉛焊料的研究迫在眉睫。為迎接全球同步焊接無(wú)鉛化的浪潮，避開(kāi)國(guó)際上己發(fā) 展的無(wú)鉛焊料專(zhuān)利壁壘，制定適合中國(guó)國(guó)情的無(wú)鉛焊料發(fā)展戰(zhàn)略已成為中國(guó)電子裝配工業(yè) 的當(dāng)務(wù)之急。
目前，世界各國(guó)都在開(kāi)展無(wú)鉛焊料的研究以替代傳統(tǒng)的錫鉛焊料，并已取得了一定的 成果。但隨著電子元器件趨于超大規(guī)模集成化和微型化，對(duì)焊接材料的性能提出了更高的 要求。當(dāng)今市場(chǎng)上熱、力學(xué)性能較好的無(wú)鉛焊料大多屬于Sn-Ag系，其中Sn-Ag-Cu三元 共晶焊料潤(rùn)濕性好，強(qiáng)度和塑性高，具有優(yōu)良的耐熱疲勞特性。它是目前最被看好的用以 替代Sn-37Pb焊料的無(wú)鉛焊料，而銀的高價(jià)格直接導(dǎo)致了焊料生產(chǎn)成本的增加，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng) 力下降，所以開(kāi)發(fā)一種低銀含量的，可滿(mǎn)足市場(chǎng)應(yīng)用的無(wú)鉛焊料成為當(dāng)務(wù)之急。
Sn-Ag-Zn合金中，Zn可與抗腐蝕元素Ag結(jié)合生成金屬間化合物，使腐蝕電位急劇降 低，且潤(rùn)濕性與Sn-Ag共晶焊料相當(dāng)。與Sn-Ag相比，Sn-Ag-Zn在許多方面都可提供優(yōu)越 的機(jī)械性能，其具有較好的強(qiáng)度而不損失絲毫延展性，高溫蠕變性能顯著提高，并稍微降 低合金熔點(diǎn)。以這種高性能焊料合金為研究對(duì)象，降低銀含量，節(jié)約成本，并使其仍可滿(mǎn) 足工業(yè)應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料，該焊料由于銀含量較低所以降低了 生產(chǎn)成本，但其性能仍可滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用要求，其制備方法簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料，其特征是組份和質(zhì)量百分含量如下
錫 85 99 銀 0.01 3
鋅 0.01 5鉍 0 5 銦 0 4 稀土元素 0 5 鎵 0 2.5
磷 0 3。
本發(fā)明的低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料的制備方法，采用通常的制備方法，以可以采
用如下步驟
將各組份按質(zhì)量比在氬氣保護(hù)下的真空熔煉爐中加熱到500—130(TC熔化，同時(shí)加以 磁攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固；再將合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到300—600。C熔化， 同時(shí)加以磁攪拌并水冷，這樣反復(fù)至少五次。
因?yàn)橄⊥猎睾芑顫娖鋯钨|(zhì)不易保存，但其合金或化合物就很穩(wěn)定，所以這里是以合 金的形式加入稀土元素，采用通常的預(yù)配技術(shù)，用稀土元素和錫熔煉得到的錫稀土中間合 金。
其中部分成分的無(wú)鉛焊料光鏡照片，如圖1-4所示，盡管銀含量降低，但從焊料的組 織形貌看，與其它無(wú)鉛焊料的差別不大。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是在保證其工業(yè)應(yīng)用的前提下，通過(guò)降低銀含量，降低產(chǎn)品成本，低銀含 量錫銀鋅系無(wú)鉛焊料與銅基板有良好的潤(rùn)濕性，如圖5所示。


圖l : Sn-3o/。Ag-0.9y。Zn無(wú)鉛焊料的顯微組織;
圖2 : Sn-2%Ag-0. 5%Zn-0. 5%Ga無(wú)鉛焊料的顯微組織；
圖3 : Sn-l%Ag-1.5。/。Zn-WIn無(wú)鉛焊料的顯微組織;
圖4 : Sn-0. 3%Ag-l%Zn_0. 5。/。Bi-P/。Ce無(wú)鉛焊料的顯微組織；
圖5 : Sn-l%Ag-l. 5%Zn-l%In無(wú)鉛焊料與Cu基板焊接界面。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
將純度為99.9將的錫、銀、鋅按質(zhì)量比為96. 1: 3: 0. 9在氬氣保護(hù)下的真空熔煉爐 中加熱到IOOO'C熔化，同時(shí)加以磁攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固。再將合金翻 轉(zhuǎn)后重新加熱到50(TC熔化，同時(shí)加以磁攪拌并水冷，這樣反復(fù)至少五次得到低銀含量的 錫銀鋅系無(wú)鉛焊料。所制得的焊料組織形貌如圖1所示。
實(shí)施例2
將純度為99. 99%的錫、銀、鋅、鎵按質(zhì)量比為97: 2: 0.5: 0.5在氬氣保護(hù)下的真空 熔煉爐中加熱到110(TC熔化，同時(shí)加以磁攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固。再將 合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到50(TC熔化，同時(shí)加以磁攪拌并水冷，這樣反復(fù)至少五次得到低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料。所制得的焊料組織形貌如圖2所示。 實(shí)施例3
將純度為99.99%的錫、銀、鋅、銦按質(zhì)量比為96.5: 1: 1.5: l在氬氣保護(hù)下的真空 熔煉爐中加熱到120(TC熔化，同時(shí)加以磁攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固。再將 合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到480'C熔化，同時(shí)加以磁攪拌并水冷，這樣反復(fù)至少五次得到低銀 含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料。所制得的焊料組織形貌如圖3所示，其與銅界面焊接潤(rùn)濕角如 圖5所示。
實(shí)施例4
將純度為99.99%的錫、銀、鋅、鉍、鈰按質(zhì)量比為97.2:0.3:1:0.5:1在氬氣保護(hù)下 的真空熔煉爐中加熱到130CrC熔化，錫稀土中間合金為用鈰和錫熔煉得到的Sn-1. 58Ce(質(zhì) 量比)合金，同時(shí)加以磁攪拌，以使合金成分均勻，然后水冷凝固。再將合金翻轉(zhuǎn)后重新 加熱到50(TC熔化，同時(shí)加以磁攪拌并水冷，這樣反復(fù)至少五次得到低銀含量的錫銀鋅系 無(wú)鉛焊料。所制得的焊料組織形貌如圖4所示。
從上述的實(shí)例中可以看出即使降低了銀含量，其組織結(jié)構(gòu)與其它無(wú)鉛焊料的差別不 大，但卻大大降低了成本，且從圖5看出，該焊料潤(rùn)濕性好，界面結(jié)合好，有較好的可焊 性。
本發(fā)明并不局限于實(shí)例中所描述的技術(shù)，它的描述是說(shuō)明性的，并非限制性的，本發(fā) 明的權(quán)限由權(quán)利要求所限定，基于本技術(shù)領(lǐng)域人員依據(jù)本發(fā)明所能夠變化、重組等方法得 到的與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料，其特征是組份和質(zhì)量百分含量如下錫85～99銀0.01～3鋅0.01～5鉍0～5銦0～4稀土元素 0～5鎵0～2.5磷0～3。
2.如權(quán)利要求1所述的低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料的制備方法，其特征是所述的稀土元 素以預(yù)配好的錫稀土中間合金的形式加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料，屬于無(wú)鉛焊料技術(shù)。本發(fā)明的低銀含量的錫銀鋅系無(wú)鉛焊料，組份和質(zhì)量百分含量為錫85～99、銀0.01～3、鋅0.01～5、鉍0～5、銦0～4、稀土元素0～5、鎵0～2.5、磷0～3。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是在保證其工業(yè)應(yīng)用的前提下，通過(guò)降低銀含量，降低產(chǎn)品成本，低銀含量錫銀鋅系無(wú)鉛焊料與銅基板有良好的潤(rùn)濕性。
文檔編號(hào)B23K35/26GK101318269SQ20081005384
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者余黎明, 劉永長(zhǎng), 徐榮雷, 晨 韋 申請(qǐng)人:天津大學(xué)