專利名稱：無鉛軟釬焊料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鉛軟釬焊料，特別是適用于電子工業(yè)中電子封裝與組裝用無鉛軟釬焊料。
背景技術(shù)：
目前，用于電子工業(yè)中電子封裝與組裝的典型焊料是Sn-Pb合金。雖然Sn-Pb合金具有優(yōu)異的潤濕性及焊接性、導(dǎo)電性、力學(xué)性能、成本較低等特點，但是Pb及含Pb物為危害人類健康和污染環(huán)境的有毒有害物質(zhì)。隨著環(huán)境保護法規(guī)的日趨完善和嚴(yán)格，禁止使用鉛的呼聲日趨高漲，日本、歐盟及美國都相繼制訂了自己的焊料無鉛化進程，其中日本企業(yè)在其產(chǎn)品中已開始使用無鉛軟釬焊料。2003年2月，歐洲議會和歐盟委員會正式批準(zhǔn)WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)和RoHS(Restriction ofHazardous Subsfances)的官方指令生效，強制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子產(chǎn)品必須為無鉛的電子產(chǎn)品。因此，在電子工業(yè)中需要一種無鉛的焊料合金來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Sn-Pb焊料合金。在當(dāng)前的無鉛軟釬焊料中，Sn-Ag系合金在電子封裝與組裝中已得到了部分應(yīng)用，并且具有很大的應(yīng)用前景，基于Sn-Ag系，美國專利6,361,742提出在Sn-Ag(1.5～6.0％)基礎(chǔ)上添加小于5wt％的La、Ce混合稀土組成的無鉛軟釬焊料；中國專利CN132964A中在Sn-Ag(3.5～6.0％)基礎(chǔ)上添加微量元素Ni以抑制Cu向焊錫合金中的擴散。對于Sn-Ag系釬料來說，其綜合性能比較優(yōu)越，但它潤濕性較差，而且合金組織粗大，分布不均勻。另一方面，由于Sn-Ag系無鉛軟釬焊料合金中Sn的含量高達90重量％以上，在使用過程中與傳統(tǒng)Sn-37Pb釬料相比會大大增加金屬氧化物的產(chǎn)生量。雖然在中國專利CN1332057A中通過添加稀土元素RE給出了含稀土元素的無鉛軟釬焊料，但是釬料中由于大量Sn的存在，同樣使得釬料的抗氧化能力降低。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有的Sn-Ag系釬料存在的潤濕性較差、合金組織粗大、金屬氧化物的產(chǎn)生量大的問題，本發(fā)明提供一種無鉛軟釬焊料合金。本發(fā)明的無鉛軟釬焊料合金包含有以下重量百分比的成份Ag0.5～5、P0.001～1、Sn余量。在該釬焊料合金中還有不可避免的雜質(zhì)。上述無鉛軟釬焊料合金中，進一步添加重量0.001～1％的La和Ce混合稀土RE。本發(fā)明所涉及的無鉛軟釬焊料合金，在作為釬料基本組合物的錫和鉛中不使用劇毒性的鉛，具有比現(xiàn)有的釬料更加優(yōu)良的軟釬焊性。下面詳細(xì)說明本發(fā)明中各添加元素的作用及其最佳含量。Ag可以與Sn基體形成Sn-Ag共晶(Sn-3.5Ag，221℃)以降低釬料的熔點、提高釬料的力學(xué)性能，尤其Sn-Ag系釬料與傳統(tǒng)Sn-Pb共晶相比有著優(yōu)異的抗蠕變疲勞性能。如果Ag的加入量少于0.5％，這些作用就將不明顯。加入5.0％以上的Ag會使釬料合金的液相線溫度急劇升高，導(dǎo)致釬焊溫度的升高從而使電子元件可能會遭受熱損傷。Ag含量優(yōu)選的是2.0～4.0％，更優(yōu)選的是3.0～4.0％。由于本發(fā)明以Ag元素代之不含鉛而含有大量的錫(達90％以上)，在實際使用時會因此增加釬料鍋熔融釬料表面金屬氧化物的產(chǎn)生量。這一方面因此，添加有0.001～1％的元素P可以有效地阻止釬料合金的氧化，因為元素P的集膚效應(yīng)，在釬料鍋內(nèi)熔融釬料合金的上表面形成一層極薄膜，通過在釬料表面發(fā)生的氧化反應(yīng)；；可以阻礙釬料合金直接與周圍空氣的相互接觸。另一方面，釬料中元素Ag的存在也促進了P的集膚效應(yīng)，從而防止釬料表面進一步的氧化。如果元素P的加入量少于0.001％，這種防氧化作用就不明顯，添加1％以上的元素P會劣化釬料合金的軟釬焊性。添加P時，在合金中P含量優(yōu)選的是0.005～0.5％，更優(yōu)選的是0.005～0.1％。本發(fā)明中還添加適量的稀土元素RE以改善釬料的組織，由于RE元素可以促進釬料在凝固過程中的形核，對釬料的組織起著變質(zhì)均勻化的作用，從而改善釬料合金的力學(xué)性能。RE的加入還可以顯著提高釬料抗蠕變疲勞性能。如果RE含量小于0.001％，其作用就不明顯，添加1％以上RE會使釬料性能變差，熔點升高。添加RE時，在合金中RE含量優(yōu)選的是0.05～0.5％。根據(jù)以上各成分的作用，本發(fā)明的釬料不含有Pb，與現(xiàn)有的Sn-Ag-Cu釬料合金相比，無論在釬料的凝固組織、力學(xué)性能還是釬料的抗蠕變疲勞特性方面都顯示了優(yōu)越的特性。具有上述組成的本發(fā)明的無鉛軟釬焊料可通過傳統(tǒng)方法冶煉，即Sn、Ag以金屬原料供應(yīng)，而RE和元素P則要求通過以中間合金的形式加入，在坩堝中加熱并攪動，澆鑄即可得到釬料合金。本發(fā)明的釬料合金可以通過傳統(tǒng)工藝加工形成焊錫條、焊錫棒、焊錫絲、焊錫球及焊膏等的形式，從而能夠滿足PCB組裝、SMT微電子表面封裝及表面貼裝等所需要的釬料合金。本發(fā)明的目的在于提供一種無鉛軟釬焊料合金，加入元素P和混合稀土RE(La和Ce的混合物)。加入元素P，P元素在熔融的釬料鍋內(nèi)所呈現(xiàn)的集膚效應(yīng)，可以減少釬料鍋表面金屬氧化物的產(chǎn)生量，降低PCB電路板焊接時的不良率；由于Sn-Ag釬料的組織主要由富Sn相及共晶相組成，加入RE可以使合金凝固組織中的粗大富Sn相得到抑制，即通過對釬料凝固結(jié)晶過程的變質(zhì)作用，實現(xiàn)凝固組織的均勻化，從而提高釬料合金的力學(xué)性能及抗蠕變疲勞特性。
具體實施例方式
一本實施方式的無鉛軟釬焊料合金由以下重量百分比的成份組成Ag3.5、P0.01、Sn余量。
具體實施例方式
二本實施方式的無鉛軟釬焊料合金由以下重量百分比的成份組成Ag3.5、P0.05、Sn余量。
具體實施例方式
三本實施方式的無鉛軟釬焊料合金由以下重量百分比的成份組成Ag3.5、P0.01、RE0.01、Sn余量。
對上述實施方式的無鉛軟釬焊料合金與傳統(tǒng)的無鉛軟釬焊料合金(其成份為Ag3.5、Sn余量)進行了抗氧化性能試驗，即將焊料在280℃溫度下保溫50小時觀察焊料的燒損率，具體的試驗結(jié)果見表1。從中可以看出在傳統(tǒng)SnAg(比較例)中添加元素P(實施例1和實施例2)可以明顯增強焊料的抗氧化性能，尤其是在P含量在0.01％條件下；相反當(dāng)P含量較高時焊料的抗氧化能力降低，但仍要高于不添加元素P的傳統(tǒng)例。進一步添加微量稀土元素后對焊料的抗氧化性能并無顯著影響。
表1本發(fā)明實施例與傳統(tǒng)SnAg無鉛軟釬焊料抗氧化性能比較

權(quán)利要求
1.無鉛軟釬焊料合金，其特征在于它包含有以下重量百分比的成份Ag0.5～5、P0.001～1、Sn余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛軟釬焊料合金，其特征在于上述無鉛軟釬焊料合金中，進一步添加重量0.001～1％的La和Ce混合稀土RE。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無鉛軟釬焊料合金，其特征在于Ag含量是2.0～4.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無鉛軟釬焊料合金，其特征在于P含量是0.005～0.5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無鉛軟釬焊料合金，其特征在于RE含量是0.05～0.5％。
全文摘要
無鉛軟釬焊料合金，它涉及一種無鉛軟釬焊料，特別是適用于電子工業(yè)中電子封裝與組裝用無鉛軟釬焊料。它包含有以下重量百分比的成份Ag0.5～5、P0.001～1、Sn余量。上述無鉛軟釬焊料合金中，進一步添加重量0.001～1％的La和Ce混合稀土RE。它解決了現(xiàn)有的Sn－Ag系釬料存在的潤濕性較差、合金組織粗大、金屬氧化物的產(chǎn)生量大的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種無鉛軟釬焊料合金，加入元素P和混合稀土RE(La和Ce的混合物)。加入元素P，P元素在熔融的釬料鍋內(nèi)所呈現(xiàn)的集膚效應(yīng)，可以減少釬料鍋表面金屬氧化物的產(chǎn)生量，降低PCB電路板焊接時的不良率。
文檔編號C22C13/00GK1442271SQ0311144
公開日2003年9月17日 申請日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者吳建雄, 吳建新, 馬鑫, 王鳳江, 苑旺 申請人:深圳市億鋮達工業(yè)有限公司