本發(fā)明涉及一種無(wú)鉛焊料，具體涉及一種用于用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料及其制備方法，屬于無(wú)鉛化制成新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鉛是一種有害的金屬元素，早在2003年歐盟ROHS(Restriction of Hazardous Substances，是指關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令)指令規(guī)定進(jìn)入歐洲的電子信息產(chǎn)品不能含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚，之前電子產(chǎn)品組裝焊接以及電子元器件制作中多采用錫鉛合金焊料。雖然我國(guó)的無(wú)鉛焊料領(lǐng)域起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有差距，但是為了提高自身產(chǎn)品的適應(yīng)能力，跟上國(guó)際市場(chǎng)的需求，在分析目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)常用的無(wú)鉛焊料基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究推出了一種用于制作壓敏電阻器的多元無(wú)鉛焊料，其電性能、力學(xué)性能，與壓敏電阻器半導(dǎo)體基材的潤(rùn)濕鋪展性能和焊接強(qiáng)度等達(dá)到了與使用錫鉛焊料相似的效果，保證了出口到歐盟的電子產(chǎn)品整體實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化的要求。

錫鉛焊料歷史悠久，但隨著對(duì)鉛毒性的認(rèn)知和電子工業(yè)發(fā)展對(duì)焊點(diǎn)的高要求，無(wú)鉛焊料已逐漸取代了傳統(tǒng)錫鉛焊料。低溫焊料具有20多年的應(yīng)用歷史，其主要特點(diǎn)是能夠在183℃以下進(jìn)行焊接，因此對(duì)元件的適應(yīng)性強(qiáng)，節(jié)約能耗、降低污染排放。目前的低溫焊料主要有Sn-Bi系和Sn-In系兩種，由于In是一種稀缺昂貴金屬，使得Sn-In焊料應(yīng)用受限，因此二元合金Sn-Bi(尤其SnBi58)常被使用在低溫焊接需求的場(chǎng)合。Sn-Bi系焊料在較寬的溫度范圍內(nèi)與Sn-Pb有相同的彈性模量，并且Bi的很多物理化學(xué)特性與Pb相似，Bi的使用可以降低熔點(diǎn)、減少表面張力，Bi的加入降低了Sn與Cu的反應(yīng)速度，所以有較好的潤(rùn)濕性；此外Sn-Bi系焊料含有較低的Sn含量，從而降低了高錫風(fēng)險(xiǎn)(如錫須)。但鉍也帶來(lái)其他的問(wèn)題，包括其成分對(duì)合金機(jī)械特性的影響變化較大，容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)問(wèn)題(偏錫后會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶)，界面層不穩(wěn)定導(dǎo)致可靠性較差，特別是Sn-Bi焊料在偏離共晶成分時(shí)由于熔程較大，在凝固過(guò)程中易出現(xiàn)枝晶偏析和組織粗大化，加之應(yīng)力不平衡導(dǎo)致易剝離危害，以及自然供應(yīng)不多、儲(chǔ)量有限等，這使得Sn-Bi系焊料的研究和使用一直低靡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料及其制備方法，解決現(xiàn)有的Sn-Bi焊料由于界面層不穩(wěn)定導(dǎo)致可靠性差及易剝離的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi16～18％、Cu0.3～0.8％、Fe0.1～0.3％、Zn0.1～0.3％、Sb0.1～0.3％、余量為Sn。

其中，優(yōu)選地，一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料，按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17～18％、Cu0.4～0.6％、Fe0.1～0.3％、Zn0.1～0.3％、Sb0.1～0.3％、余量為Sn。

一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至200～350℃，保溫10～20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

本發(fā)明在Sn-Bi亞共晶合金基礎(chǔ)上添加Cu元素，使焊料基體中原位反應(yīng)形成細(xì)小彌散的Cu6Sn5金屬間化合物，從而提高了焊點(diǎn)的結(jié)合性能和使用可靠性，并且發(fā)現(xiàn)由于Sn-Bi-Cu焊料中減少了電阻率高的Bi元素含量，大幅提高了焊料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，這可以有效緩解焊點(diǎn)在使用過(guò)程中發(fā)熱疲勞失效問(wèn)題。

在Sn-Bi共晶合金中加入Fe粒子彌散相，細(xì)化和穩(wěn)定了微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了合金的抗蠕變性能。

本發(fā)明制備的無(wú)鉛焊料主要應(yīng)用于低溫焊接工藝(高頻頭、防雷元件、柔性板、多層電路板焊接等焊接)和無(wú)鉛電子產(chǎn)品組裝焊接等。

本發(fā)明的無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)為156～165℃，滿足了微電子行業(yè)各元器件對(duì)焊接溫度的要求。并且，與微電子行業(yè)各種不同性能的半導(dǎo)體材料潤(rùn)濕鋪展性好，結(jié)合力強(qiáng)，延展性好，0.2％屈伸強(qiáng)度達(dá)到70MPa以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上，延伸率20％以上焊接面無(wú)麻點(diǎn)無(wú)氣泡，平整光亮，高溫焊接不變色，抗蝕性優(yōu)良。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17％、Cu0.5％、Fe0.2％、Zn0.2％、Sb0.2％、余量為Sn。

上述用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至250℃，保溫15min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi16％、Cu0.8％、Fe0.1％、Zn0.3％、Sb0.1％、余量為Sn。

上述用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至200℃，保溫20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi18％、Cu0.3％、Fe0.3％、Zn0.1％、Sb0.3％、余量為Sn。

上述用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至350℃，保溫10min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17％、Cu0.4％、Fe0.1％、Zn0.2％、Sb0.2％、余量為Sn。

上述用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至300℃，保溫12min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17％、Cu0.6％、Fe0.3％、Zn0.2％、Sb0.3％、余量為Sn。

上述用于微電子行業(yè)的無(wú)鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至220℃，保溫18min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

上述實(shí)施例制得的無(wú)鉛焊料的理化性能如下：

由上表可知，本發(fā)明的無(wú)鉛焊料熔點(diǎn)為156～165℃，滿足了微電子行業(yè)各元器件對(duì)焊接溫度的要求。并且，與微電子行業(yè)各種不同性能的半導(dǎo)體材料潤(rùn)濕鋪展性好，結(jié)合力強(qiáng)，延展性好。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。