高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種焊料組合物，公開了一種高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫，以該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫所含總重量為100wt%，該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫包含：2至8wt%的鉍，0.1至1wt%的銅，同時(shí)添加0.01至0.2wt%的鐵、鎳、鈷的其中至少一個(gè)以提升焊接介面的接合強(qiáng)度，同時(shí)添加0.003至0.03wt%鍺、磷或鎵的其中至少一個(gè)抗氧化劑以提升波峰焊制程時(shí)的抗氧化性與降低錫渣產(chǎn)生，剩余為錫。本發(fā)明以鉍取代以往組合物中的價(jià)格昂貴的銀，不僅可降低成本，通過添加鉍改善錫銅焊料的低強(qiáng)度及潤濕性不良的缺點(diǎn)，使產(chǎn)品更具競爭力。
【專利說明】局強(qiáng)度無銀無鉛焊錫
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊料組合物，特別是涉及一種適合用于電子零件焊點(diǎn)的高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫。
【背景技術(shù)】
[0002]在已知的技藝中，錫鉛合金經(jīng)常被用來作為電子零件的焊料，但因?yàn)殂U及其化合物對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，再加上現(xiàn)今環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，含鉛焊錫近年來逐漸遭到國際限用，因此逐漸以“無鉛焊錫”來取代。
[0003]在無鉛焊錫的應(yīng)用中，主要是以錫銀銅(SAC305)及錫銅(Sn-Cu)的組成的無鉛焊錫應(yīng)用最為廣泛。尤其以錫銀銅(SAC305)組成使用量最多，近幾年來由于銀的價(jià)格飆漲，造成錫銀銅合金焊料價(jià)格居高不下，因而增加電子元件封裝成本。
[0004]所以目前電子封裝業(yè)趨向于使用低銀含量的錫銀銅焊料或無銀含量的錫銅焊料，以降低封裝成本。但是，由于前述焊料因?yàn)殂y含量低或不含銀，焊料本體的抗拉強(qiáng)度(以下簡稱基材強(qiáng)度)較差且潤濕性不足，所以基板焊接后內(nèi)部焊錫接點(diǎn)強(qiáng)度相對(duì)不足，而且焊接過程也容易因?yàn)闈櫇裥圆涣?，造成焊接后焊錫接點(diǎn)產(chǎn)生裂縫或剝離，焊接介面的接合強(qiáng)度(以下簡稱介面強(qiáng)度)不佳，進(jìn)一步造成電子產(chǎn)品需返工或報(bào)廢。
[0005]本發(fā)明是基于改善一般錫銅焊料的基材強(qiáng)度差及潤濕性不佳的缺點(diǎn)所開發(fā)出來的合金焊料，以鉍取代以往組合物中的價(jià)格昂貴的銀，不僅可降低成本，由于鉍元素均勻地散布于合金內(nèi)部，從而能提升基材強(qiáng)度與潤濕性，同時(shí)通過添加鐵、鎳、鈷的其中至少一個(gè)而可提升焊接介面的接合強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種可提升基材強(qiáng)度、介面強(qiáng)度與潤濕性且成本較低的高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫。
[0007]本發(fā)明高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫，以該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫所含總重量為100wt%，該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫包含:該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫包含:2至8wt%的鉍；0.1至1.0wt%的銅；0.01至0.2wt%的鎳、鐵或鈷的其中至少一個(gè)；及余量為錫。
[0008]本發(fā)明所述的高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫，該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫還包含0.003至0.03wt%的鍺、鎵或磷的其中至少一個(gè)。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:以鉍取代以往組合物中的價(jià)格昂貴的銀，不僅可降低成本，還可提升基材強(qiáng)度與潤濕性，同時(shí)通過添加鐵、鎳、鈷的其中至少一個(gè)可提升焊接介面強(qiáng)度，使產(chǎn)品更具競爭力。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]無?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫的較佳實(shí)施例，以該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫所含總重量為100wt%，而該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫包含:2至8wt%的鉍、0.1至1.0wt%的銅、0.01至0.2wt%的鎳(Ni)、鐵(Fe)或鈷(Co)的其中至少一個(gè)，余量為錫。以鉍取代以往組合物中價(jià)格昂貴的銀，可提升基材強(qiáng)度及潤濕性，進(jìn)而達(dá)到或超越錫銀銅焊料的性能，又因?yàn)椴缓y而使成本大幅降低，再加上鉍價(jià)格比純錫低，所以價(jià)格可比現(xiàn)有錫銅焊料更具競爭優(yōu)勢。此外，通過添加鐵、鎳、鈷的其中至少一個(gè)，從而可提升焊料合金的介面強(qiáng)度。[0012]較佳地，該高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫還包含0.003至0.03wt%的鍺(Ge)、磷(P)或鎵(Ga)的其中至少一個(gè)，進(jìn)而提升焊料合金在波峰焊制程的抗氧化性并可降低錫渣產(chǎn)生。
[0013]接著通過本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例與數(shù)個(gè)比較例來證實(shí)本發(fā)明的功效，并通過實(shí)驗(yàn)來比較各實(shí)施例與各比較例的焊料合金的潤濕性(或可焊性)、焊料合金整體的基材強(qiáng)度、焊料合金與銅焊墊的接點(diǎn)處的介面強(qiáng)度，以及焊料合金的抗氧化性。
[0014]而潤濕性(Wetting)的判斷,是使用可焊性測試機(jī)(Wetting Balance Tester)進(jìn)行測試。首先將各實(shí)施例與各比較例的焊料合金加熱至250°C，接著將寬度10mm、長度20mm及厚度0.3mm的銅片沾附適量的助焊劑后，便可通過可焊性測試機(jī)將銅片浸入前述加熱而融熔的焊料合金中，并檢測與計(jì)算焊料合金與銅片潤濕過程的潤濕時(shí)間，以判斷焊料合金的潤濕性。記載方式如下:
[0015]O:表示潤濕時(shí)間< 2秒；
[0016]Δ:表示2秒≤潤濕時(shí)間< 3秒；
[0017]X:表示潤濕時(shí)間≥3秒。
[0018]基材強(qiáng)度的判斷，是使用微硬度機(jī)檢測各實(shí)施例與各比較例的焊料合金整體的硬度，并使用維氏金剛石壓頭(Vickers Pyramid Diamond Indenter)以50克重施壓于各實(shí)施例與各比較例15秒后，測量形成在表面的壓痕大小，而換算出微硬度值(Hv)。記載方式如下:
[0019]O:表示微硬度值> 20Ην ；
[0020]Δ:表示15Hv <微硬度值≤20Hv ；
[0021]X:表示微硬度值≤15Hv。
[0022]介面強(qiáng)度的判斷，是將實(shí)施例與各比較例的焊料合金配合銅焊墊進(jìn)行回焊后，以高速推力機(jī)破壞焊料合金與銅焊墊的接點(diǎn)處，并通過分析破壞面脆性破壞程度以評(píng)價(jià)前述接點(diǎn)處的介面強(qiáng)度。其中，前述測試過程就是剪切帶試驗(yàn)(zone shear test),且記載方式如下:
[0023]O:表示脆性破裂率< 10% ；
[0024]Δ:表示10%≤脆性破裂率< 15% ；
[0025]X:表示脆性破裂率≥15%。
[0026]抗氧化性的判斷，是將實(shí)施例38至54的焊料合金放置在烤箱內(nèi)，并在200°C的溫度且通以空氣的環(huán)境下放置30分鐘后，取出并觀察焊料合金的表面亮度變化。其中，抗氧化的能力就是抗色變的能力，且記載方式如下:
[0027]O:表示焊料合金的表面仍保有金屬亮度；
[0028]Δ:表示焊料合金的表面呈現(xiàn)微黃色；[0029]X:表示焊料合金的表面呈現(xiàn)黃或藍(lán)或紫的相近色。
[0030]表1
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫，其特征在于:以所述高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫所含總重量為100wt%,所述高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫包含:2至8wt%的秘；0.1至1.0wt%的銅；0.0l至0.2wt%的鎳、鐵或鈷的其中至少一個(gè)；及余量為錫。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫，其特征在于:所述高強(qiáng)度無銀無鉛焊錫還包含0.003至0.03wt%的鍺、鎵或磷的其中至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】B23K35/24GK103801852SQ201310559540
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】陳添丁 申請(qǐng)人:恒碩科技股份有限公司