專利名稱：無(wú)Pb焊劑組合物和焊接制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基本無(wú)鉛的無(wú)Pb焊劑組合物和使用該焊劑的焊接制品。具體而言，本發(fā)明涉及適用于焊接在脆性基材上形成的導(dǎo)體的無(wú)Pb焊劑組合物，還涉及焊接制品如焊接基材。
通常，在玻璃基材上形成的導(dǎo)體上進(jìn)行焊接時(shí)，一般使用低拉伸模量的Sn-Pb型焊劑。近來(lái)，考慮到環(huán)境負(fù)擔(dān)，還使用主要由Sn組成的無(wú)Pb焊劑組合物。
然而，由于常規(guī)的Sn-Pb型低共熔焊劑組合物包含有毒的Pb，在越來(lái)越多情況下其使用受到限制。至于主要由Sn組成的無(wú)Pb焊劑組合物，在脆性基材如玻璃基材上形成的導(dǎo)體上焊接用這種組成的組合物進(jìn)行焊接時(shí)，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力有時(shí)會(huì)損傷基材。這一問(wèn)題是由這種焊劑通常具有較大拉伸模量引起的。
而且，近年來(lái)，對(duì)焊接制品要求越來(lái)越高的耐熱溫度。例如，當(dāng)常規(guī)的Sn-Pb低共熔焊劑組合物或主要由Sn組成的無(wú)Pb焊劑組合物用來(lái)焊接一種制品，焊接后的制品處于高溫時(shí)，焊劑組合物會(huì)熔化，發(fā)生焊劑流動(dòng)，接頭脫離、電極腐蝕、斷開(kāi)等問(wèn)題。這些是與焊劑耐熱性不夠有關(guān)的毛病問(wèn)題(即與焊劑耐熱性不夠有關(guān)的毛病)。
因此，本發(fā)明的目的是解決這些問(wèn)題，提供一種無(wú)Pb焊劑組合物，當(dāng)用該組合物在基材上形成的導(dǎo)體上進(jìn)行焊接時(shí)，可以抑制對(duì)脆性基材如玻璃基材的損傷，這種組合物具有優(yōu)良的耐熱性。本發(fā)明還提供一種使用這種焊劑組合物的焊接制品。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種無(wú)Pb焊劑組合物，它包含Bi作為第一金屬元素；可形成二元低共熔物的第二金屬元素，其基于不小于90重量份上述第一金屬元素的比值為不多于9.9重量份；第三金屬元素；以總的焊劑組合物為基準(zhǔn)，其中第一金屬元素不少于90％(重量)，第三金屬元素為0.1-3.0％(重量)。
本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物中，較好的是，以總焊劑組合物為基準(zhǔn)，第一金屬元素不少于94.5％(重量)，第二金屬元素為0.15-3.0％(重量)。
而且，本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物以不含固相線溫度低于200℃的低熔點(diǎn)共熔物為宜。
本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物的第三金屬元素較好的是至少一種選自Sn、Cu、In、Sb或Zn的元素。
第二金屬元素較好的是至少一種選自Ag、Cu或Zn的元素。第二金屬元素為上述總焊劑組合物的0.1-9.9％(重量)更好。
本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物中，上述第二金屬元素最好是Ag，上述第三金屬元素以總焊劑組合物為基準(zhǔn)，包含選自下列的至少一個(gè)0.1-0.5％(重量)Sn、0.1-0.3％(重量)Cu、0.1-0.5％(重量)In、0.1-0.3％(重量)Sb、0.1-0.3％(重量)Zn。
而且在本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物中，上述第三金屬元素較好的還包含至少一種選自Ge和P的元素，這種額外的第三金屬元素含量為總焊劑組合物的0.01-0.1％(重量)。
本發(fā)明的第二方面是提供一種無(wú)Pb焊接制品，它包括表面有導(dǎo)體布線圖的基材；放置于其上的本發(fā)明無(wú)Pb焊劑組合物，使其電連接和機(jī)械連接到導(dǎo)體布線圖上。
因此，上述基材可以是表面有導(dǎo)體布線圖的玻璃基材，一根引線通過(guò)上述無(wú)Pb焊劑組合物連接到電極。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案描述的焊接制品的剖面圖。
例如，當(dāng)采用焊接方法。將引線連接到在玻璃基材上形成的布線圖時(shí)，玻璃基材常出現(xiàn)裂紋。根據(jù)損壞例如裂紋的產(chǎn)生是玻璃基材和焊劑組合物之間的熱膨脹系數(shù)不匹配引起的熱應(yīng)力產(chǎn)生的設(shè)想，進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在焊劑固化時(shí)能減少熱應(yīng)力對(duì)于減少損壞特別有效。
減少焊劑固化時(shí)熱應(yīng)力辦法的一個(gè)例子是選擇一種在固化時(shí)不會(huì)收縮的合金組合物。具體而言，選擇固化時(shí)會(huì)體積膨脹的金屬元素作為固化時(shí)不顯示收縮的合金組合物的組分。固化時(shí)會(huì)體積膨脹的元素的例子是Bi和Ga。然而，Ga是一種稀有金屬，難以保證供應(yīng)，而且價(jià)格高。因此，Ga不適合作為焊劑組合物主要組分的化學(xué)元素。
所以，選擇Bi作為焊劑組合物主要組分的化學(xué)元素。Bi-Ag(2.5％(重量))焊劑組合物就考慮其熔點(diǎn)、焊接工作性能等而言是很有希望的。根據(jù)“CONSTITUTIONOF BINARY ALLOYS(HANSEN-McGRAW-HILL BOOK COMPANY，INC，1958)”，認(rèn)為Bi-Ag合金具有2.5％(重量)Ag的低共熔組成。低共熔組成的焊劑組合物是穩(wěn)定的金屬組合物，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度。
基于上述理由，本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物包含固化時(shí)顯示體積膨脹的Bi作為主要組分(第一金屬元素)和能與Bi形成低共熔物的第二金屬元素。即要求第二金屬元素是能形成二元低共熔物的金屬元素，該二元低共熔物的組成不少于90重量份Bi，第二金屬元素的量不多于9.9重量份。
作為第二金屬元素，例如使用選自Ag、Cu和Zn等的元素為合適。其中Ag作為第二金屬元素較好。第二金屬元素含量較好地為總焊劑組合物的0.1-9.9％(重量)，最好是2.5％(重量)。
然而，使用低共熔組成的焊劑組合物，固化時(shí)會(huì)立刻產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。為解決這一問(wèn)題，例如曾試驗(yàn)了使Bi-Ag合金還包含少量的第三金屬元素，以便在膨脹方面具有個(gè)固液共存區(qū)，從而避免固化時(shí)突然產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。
當(dāng)增加第三金屬元素含量時(shí)，Bi(第一金屬元素)和第三金屬元素會(huì)形成具有極低固相線溫度的低熔點(diǎn)共熔物。這會(huì)降低焊劑的耐熱性，并會(huì)發(fā)生各種問(wèn)題如焊劑流動(dòng)和接頭脫離。而且，液相線溫度會(huì)上升到很高程度。當(dāng)應(yīng)用與含較少量第三金屬元素焊劑同樣的溫度進(jìn)行焊接時(shí)，這會(huì)引起較多的橋接缺陷，外觀較差，焊接性也較差。選擇高溫進(jìn)行焊接來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題時(shí)，高溫又會(huì)損害電子元件等的性能。因此，第三金屬元素的含量必須為總焊劑組合物的0.1-3.0％(重量)。
對(duì)第三金屬元素沒(méi)有什么限制，例如，可以使用至少一種選自Sn、Cu、In、Sb和Zn的金屬元素。
當(dāng)?shù)谌饘僭厥荢n時(shí)，要求Sn含量為為總焊劑組合物的0.1-0.5％(重量)。當(dāng)Sn含量小于0.1％(重量)時(shí)，不能獲得足以避免固化時(shí)突然產(chǎn)生膨脹應(yīng)力的固液共存區(qū)，會(huì)增加焊劑固化時(shí)的裂紋產(chǎn)生率，并可能發(fā)生如粘合強(qiáng)度降低和電子元件性能的降低。另一方面，當(dāng)Sn含量大于0.5％(重量)時(shí)，部分產(chǎn)生Sn-Bi低熔點(diǎn)的二元低共熔物(139℃)，發(fā)生降低耐熱性和諸如焊劑流動(dòng)和接著脫離的問(wèn)題。
當(dāng)?shù)谌饘僭厥荂u時(shí)，要求Cu含量為為總焊劑組合物的0.1-0.3％(重量)。當(dāng)Cu含量小于0.1％(重量)時(shí)，不能獲得足以避免固化時(shí)突然產(chǎn)生膨脹應(yīng)力的固液共存區(qū)，會(huì)增加焊劑固化時(shí)的裂紋產(chǎn)生率，并可能發(fā)生如粘合強(qiáng)度降低和電子元件性能的降低。另一方面，當(dāng)Cu含量大于0.3％(重量)時(shí)，焊劑組合物的液相線溫度上升，當(dāng)應(yīng)用與含較少量第三金屬元素焊劑同樣的溫度進(jìn)行焊接時(shí)，這會(huì)引起較多的橋接缺陷，外觀較差，焊接性也較差。選擇高溫進(jìn)行焊接來(lái)避免這問(wèn)題時(shí)，高溫會(huì)有損于電子元件等的性能。
當(dāng)?shù)谌饘僭厥荌n時(shí)，要求In含量為為總焊劑組合物的0.1-0.5％(重量)。當(dāng)In含量小于0.1％(重量)時(shí)，不能獲得足以避免固化時(shí)突然產(chǎn)生膨脹應(yīng)力的固液共存區(qū)，會(huì)增加焊劑固化時(shí)的裂紋產(chǎn)生率，并可能發(fā)生如粘合強(qiáng)度降低和電子元件性能的降低。另一方面，當(dāng)In含量大于0.5％(重量)時(shí)，會(huì)部分產(chǎn)生Sn-Bi低熔點(diǎn)的二元低共熔物(109.5℃)，發(fā)生降低耐熱性和諸如焊劑流動(dòng)和接頭脫離的問(wèn)題。
當(dāng)?shù)谌饘僭厥荢b時(shí)，要求Sb含量為為總焊劑組合物的0.1-3％(重量)。當(dāng)Sb含量小于0.1％(重量)時(shí)，不能獲得足以避免固化時(shí)突然產(chǎn)生膨脹應(yīng)力的固液共存區(qū)，會(huì)增加焊劑固化時(shí)的裂紋產(chǎn)生率，并可能發(fā)生如粘合強(qiáng)度降低和電子元件的性能的降低。另一方面，當(dāng)Sb含量大于3％(重量)時(shí)，焊劑組合物的液相線溫度上升，當(dāng)應(yīng)用與含較少量第三金屬元素焊劑同樣溫度的進(jìn)行焊接時(shí)，這會(huì)引起較多的橋接缺陷，外觀較差，焊接性也較差。選擇高溫進(jìn)行焊接來(lái)避免這問(wèn)題時(shí)，高溫會(huì)有損于電子元件等的性能。
當(dāng)?shù)谌饘僭厥荶n時(shí)，要求Zn含量為為總焊劑組合物的0.1-3％(重量)。當(dāng)Zn含量小于0.1％(重量)時(shí)，不能獲得足以避免固化時(shí)突然產(chǎn)生膨脹應(yīng)力的固液共存區(qū)，會(huì)增加焊劑固化時(shí)的裂紋產(chǎn)生率，并可能發(fā)生如粘合強(qiáng)度降低和電子元件性能的降低。另一方面，當(dāng)Zn含量大于3％(重量)時(shí)，焊劑組合物的液相線溫度上升，當(dāng)應(yīng)用與含較少量第三金屬元素焊劑同樣的溫度進(jìn)行焊接時(shí)，會(huì)引起較多的橋接缺陷，外觀較差，焊接性也較差。選擇高溫進(jìn)行焊接來(lái)避免這問(wèn)題時(shí)，高溫會(huì)有損于電子元件等的性能。
上述第三金屬元素中還可加入至少一種選自Ge和P的元素。Ge和P具有限制在焊劑組合物表面上形成氧化物膜的作用。當(dāng)?shù)谌饘僭匕珿e和P時(shí)，Ge和P總量為總焊劑組合物的0.01-0.1％(重量)。當(dāng)Ge和P總量小于0.01％(重量)時(shí)，其防止焊劑氧化的作用變小。當(dāng)Ge和P總量大于0.1％(重量)時(shí)，液相線溫度升高，焊接操作性能可能會(huì)變差。
而且，本發(fā)明的焊劑組合物較好不包含固相線溫度低于200℃的低熔點(diǎn)共熔物。當(dāng)無(wú)Pb焊劑組合物中包含這樣的低熔點(diǎn)共熔物時(shí)，會(huì)降低焊劑的耐熱性，引起焊劑流動(dòng)等。
要注意的是，本發(fā)明的焊劑組合物是基本不含Pb的無(wú)Pb焊劑組合物。然而，這并不意味排除在焊劑組合物中包含諸如Pb或Na的雜質(zhì)情況。
下面，對(duì)表面聲頻濾波器的解釋作為本發(fā)明焊接制品的實(shí)施方案的例子。根據(jù)圖1進(jìn)行解釋。然而，本發(fā)明不限于此。
表面聲頻濾器1包括基材2、濾波部件3、電極布線圖4a-4e，引線5a-5e、焊劑6a-6e、阻尼件7a和7b、密封樹(shù)脂8。
基材2例如由Pyrex(corning)玻璃材料制成。Pyrex玻璃的耐熱沖擊性相對(duì)較低，本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物對(duì)用于在這樣的脆性基材上形成電極布線圖等特別有效。
濾波部件3例如備有通過(guò)在梳形鋁電極濺射形成的ZnO膜，置于基材2表面中心。Al電極兩端各自電連接到電極布線圖4a-4e，電極布線圖是在基材2的兩端邊緣形成。
在基材底面上，即在基材與形成濾波器3的主表面相背的另一主表面上形成底面電極4e。
引線5a-5d包括例如熱浸Sn-Pb涂層和Fe芯，均各自電連接到電極布線圖4a-4d，引線5e則電連接到底面電極4e。
用本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物形成焊劑6a-6d，它們電連接和機(jī)械連接到電極布線圖4a-4e以及引線5a-5d。同樣用本發(fā)明無(wú)Pb焊劑組合物形成焊劑6e，電連接和機(jī)械連接到底面電極4e以及引線5e。
阻尼件7a和7b例如可由有機(jī)硅樹(shù)脂或類似樹(shù)脂制成，形成在濾波部件3的兩端。
密封樹(shù)脂8形成，例如是覆蓋基材2和引線5a-5e的部分。樹(shù)脂材料的例子有環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)硅樹(shù)脂。然而，對(duì)這些材料沒(méi)有什么限制，可以使用任何合適的樹(shù)脂，只要這種材料的電絕緣性能優(yōu)良、具有優(yōu)良的抗水性、抗沖擊性和耐熱性。
因此，注意到本發(fā)明涉及的是一般焊接制品，這種制品包括其表面上有導(dǎo)體的基材和置有本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物，以便電連接和機(jī)械連接到該導(dǎo)體。因此，不一定要求具有上面實(shí)施方案中描述的濾波部件、引線、阻尼件或密封樹(shù)脂。基材的形狀和材料、導(dǎo)體的數(shù)目、焊接部位的數(shù)目以及形狀和材料、焊劑組合物的形狀等等不限于上述實(shí)施方案。
實(shí)施例根據(jù)一些具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明如下。
首先，制備具有表1中實(shí)施例1—14和比較例1—12所示組成的焊劑組合物。測(cè)定實(shí)施例1—14和比較例1—12焊劑組合物的熔化特性(固相線溫度、液相線溫度和固液共存區(qū))，列于表1。
這些熔化特性測(cè)定方法為，將實(shí)施例1—14和比較例1—12焊劑組合物的熔體滴加到甘油中，使其迅速冷卻固化，將各樣品切成30±10毫克，置于圓筒形鋁盤中，按照差式掃描量熱法(DSC)，使用ThermoFlexDSC 8230(RIGAKU產(chǎn)品)進(jìn)行測(cè)試。DSC測(cè)試條件如下測(cè)量溫度范圍為室溫至500℃；在N2氣氛中進(jìn)行測(cè)試；使用Al2O3作為參考物質(zhì)，取樣間隔為1秒。程序升溫速率保持5℃/分鐘，同時(shí)升溫過(guò)程中監(jiān)測(cè)熱量變化(吸熱變化)，避免過(guò)冷。根據(jù)上面獲得的曲線，確定吸熱反應(yīng)開(kāi)始點(diǎn)為固相線溫度，吸熱反應(yīng)終點(diǎn)為液相線溫度。在含Sn或In的多組分情況，觀察到在吸熱反應(yīng)微弱跡象的同時(shí)產(chǎn)生低熔點(diǎn)共熔物，所以吸熱反應(yīng)開(kāi)始點(diǎn)解釋為固相線溫度。而且，液相線溫度和固相線溫度之差確定為固液共存區(qū)的溫度范圍。
表1
*1表明產(chǎn)生低熔點(diǎn)共熔物然后，用Al、Ni或Ag進(jìn)行濺射，各自在Pyrex玻璃基材的兩個(gè)主表面上形成4,000厚度，形成三層具有1毫米間隔的2毫米□(正方形)電極布線圖。每個(gè)主表面上有兩個(gè)電極布線圖。這些電極布線圖分別連接到熱浸Sn涂層/Fe芯的引線上(1.5×0.2×20毫米)。將具有這些電極布極圖的Pyrex玻璃基材浸入助焊劑(H-52；由Tamura Manufacturing Co.，Ltd.制造)中，然后浸入實(shí)施例1—14和比較例1—12的各焊劑組合物中。之后，用丙酮清洗，得出實(shí)施例1—14和比較例1—12各100件的焊接制品。焊接條件焊接溫度為280℃；浸漬時(shí)間為2秒；浸漬深度為5毫米；浸漬速度為10毫米/秒。
測(cè)定實(shí)施例1—14和比較例1—12各焊接制品的裂紋產(chǎn)生率、橋接缺陷產(chǎn)生率以及與焊劑耐熱性有關(guān)的缺陷產(chǎn)生率。結(jié)果列于表2在光學(xué)顯微鏡下，在Pyrex玻璃基材橫截面方向觀察實(shí)施例1—14和比較例1—12的各焊接制品，測(cè)定裂紋產(chǎn)生率，該裂紋產(chǎn)生率是以每例制品總數(shù)100為基的百分率。
對(duì)實(shí)施例1—14和比較例1—12，肉眼觀察Pyrex玻璃基材各表面上形成的電極布線圖橋接對(duì)的數(shù)目，求出橋接缺陷的產(chǎn)生率，該橋接缺陷產(chǎn)生率是以各例制品總數(shù)100為基的百分率。
對(duì)實(shí)施例1—14和比較例1—12，在最高250℃的溫度范圍，再流動(dòng)加熱焊接的制品階段，肉眼觀察焊劑流動(dòng)或引線接頭脫離情況，確定焊劑耐熱性相關(guān)缺陷的產(chǎn)生率，該缺陷產(chǎn)生率是以各例制品總數(shù)100為基的百分率。
表2
由表2可知，實(shí)施例1—14的所有焊接制品的裂紋產(chǎn)生率在0—0.1％范圍，表明這些制品具有優(yōu)良的抗裂紋產(chǎn)生的性能。特別是實(shí)施例2、3、6、8和10—14的焊接制品的裂紋產(chǎn)生率為0，表明它們具有極好的抗裂紋產(chǎn)生的性能。
具體而言，實(shí)施例1和實(shí)施例2的Bi-Ag-Sn焊劑組合物包含2.5％(重量)Ag作為第二金屬元素和各0.1％(重量)和0.5％(重量)Sn作為第三金屬元素，實(shí)施例3和實(shí)施例4的Bi-Ag-Cu焊劑組合物包含和上面同樣含量的Ag，和各0.1％(重量)和0.5％(重量)Cu作為第三金屬元素，實(shí)施例5和實(shí)施例6的Bi-Ag-Sb焊劑組合物包含和上面同樣含量的Ag，和各0.1％(重量)和3.0％(重量)Sb作為第三金屬元素，實(shí)施例7和實(shí)施例8的Bi-Ag-In焊劑組合物包含和上面同樣含量的Ag，和各0.1％(重量)和0.5％(重量)In作為第三金屬元素，實(shí)施例9和實(shí)施例10的Bi-Ag-Zn焊劑組合物包含和上面同樣含量的Ag，和各0.1％(重量)和3.0％(重量)Zn作為第三金屬元素，由這些焊劑組合物制成的焊接制品都具有0—0.1％的裂紋產(chǎn)生率，而焊劑耐熱性相關(guān)的缺陷產(chǎn)生率為0％，所以性能優(yōu)良。
所有這些焊劑組合物包含2.5％(重量)Ag作為第二金屬元素，而比較例5的Bi-Ag低共熔焊劑組合物不包含第三金屬元素，使用這種焊劑組合物的焊接制品的裂紋產(chǎn)生率為0.5％。從這些結(jié)果可以理解加入第三金屬元素?cái)U(kuò)大了固液共存區(qū)，降低了裂紋產(chǎn)生率。還可理解，加入的第三金屬元素越多，固液共存區(qū)擴(kuò)大得越寬，裂紋產(chǎn)生率越低。
實(shí)施例7—10的焊接制品情況，橋接缺陷產(chǎn)生率在0.5-3.2％范圍。這些焊接制品包含In或Zn，表明橋接缺陷產(chǎn)生原因是它們易被氧化。這些焊劑組合物可應(yīng)用于有間隔較寬的部位，此時(shí)無(wú)需考慮發(fā)生橋接的問(wèn)題。
實(shí)施例11的Bi-Cu-Sn焊劑組合物包含0.15％(重量)Cu作為第二金屬元素和0.3％(重量)Sn作為第三金屬元素，使用該焊劑組合物的焊接制品也很優(yōu)良，其裂紋產(chǎn)生率、橋接缺陷產(chǎn)生率、與焊劑耐熱性相關(guān)的缺陷產(chǎn)生率均為0％。
實(shí)施例12的Bi-Zn-Sn焊劑組合物包含2.7％(重量)Zn作為第二金屬元素和0.5％(重量)Sn作為第三金屬元素，使用該焊劑組合物的焊接制品的裂紋產(chǎn)生率和與焊劑耐熱性相關(guān)的缺陷產(chǎn)生率均為0％，但是使用該組合物時(shí)，其橋接缺陷產(chǎn)生率為9.5％，而比較例12的Bi-Zn焊劑組合物不包含第三金屬元素，使用該焊劑組合物的焊接制品的橋接缺陷產(chǎn)生率為9.8％。由此，可以理解加入第三金屬元素，寬度了固液共存區(qū)，降低了橋接缺陷產(chǎn)生率。
實(shí)施例13和實(shí)施例14的Bi-Ag-Sn-Ge和Bi-Ag-Sn-P的焊劑組合物，包含2.5％(重量)Ag作為第二金屬元素，0.5％(重量)Sn作為第三金屬元素，以及0.01％(重量)的Ge或P作為抗氧化劑，使用這兩種焊劑組合物的焊接制品也很優(yōu)良，其裂紋產(chǎn)生率、橋接缺陷產(chǎn)生率、與焊劑耐熱性相關(guān)的缺陷產(chǎn)生率均為0％。
與上述一些實(shí)施例相比，使用包含2.5％(重量)Ag作為第二金屬元素和超過(guò)規(guī)定量的第三金屬元素的焊劑組合物的焊接制品，具體而言，使用比較例6包含1.0％(重量)(大于0.5％(重量))Sn作為第三金屬元素的Bi-Ag-Sn焊劑組合物，使用比較例7包含0.5％(重量)(大于0.3％(重量))Cu作為第三金屬元素的Bi-Ag-Cu焊劑組合物，使用比較例8包含5.0％(重量)(大于3.0％(重量))Sb作為第三金屬元素的Bi-Ag-Sb焊劑組合物，使用比較例9包含1.0％(重量)(大于0.5％(重量))In作為第三金屬元素的Bi-Ag-In焊劑組合物，使用比較例10包含5.0％(重量)(大于3.0％(重量))Zn作為第三金屬元素的Bi-Ag-Zn焊劑組合物，它們的裂紋產(chǎn)生率都為0％。然而，比較例6和比較例9的焊劑組合物，部分產(chǎn)生了低熔點(diǎn)共熔物，它們的固相線溫度在108—137℃范圍，與焊劑耐熱性相關(guān)的缺陷如焊劑流動(dòng)和接頭脫離等的產(chǎn)生率均為100％。比較例7、8和10的焊劑組合物升高了液相線溫度，因此橋接缺陷產(chǎn)生率均為100％。
而且，比較例3的Sn-Ag焊劑組合物包含3.5％(重量)Ag，比較例4的Sn-Ag-Sn焊劑組合物包含3.5％(重量)Ag和0.75％(重量)Cu，比較例5的Bi-Ag低共熔焊劑組合物包含2.5％(重量)Ag，但不包含第三金屬元素，比較例11的Bi-Cu焊劑組合物包含0.15％(重量)Cu，比較例12的Bi-Zn焊劑組合物包含2.7％(重量)Zn，使用這些焊劑組合物的焊接制品，裂紋產(chǎn)生率都高，在0.4-100％范圍，原因是這些焊劑組合物的固液共存區(qū)很窄，為6—9℃。
而且，使用比較例1和比較例2的常規(guī)Sn-Pb焊劑組合物的焊接制品，在最高250℃的再流動(dòng)加熱條件下完全熔化，與焊接耐熱性相關(guān)的缺陷如焊劑流動(dòng)和接頭脫離等的產(chǎn)生率均為100％，原因是組合物的固相線溫度較低，為230℃或更低。
如上面所述，本發(fā)明的無(wú)Pb焊劑組合物包含Bi作為第一金屬元素；可形成二元低共熔物的第二金屬元素，其基于不少于90重量份上述第一金屬元素的比值為不多于9.9重量份；第三金屬元素；以總的焊劑組合物為基準(zhǔn)，第一金屬元素不少于90％(重量)，和第三金屬元素為0.1-3.0％(重量)。因此，本發(fā)明提供一種無(wú)Pb焊劑組合物，它具有優(yōu)良的耐熱性，不會(huì)對(duì)脆性基材如玻璃基材造成損壞，即使在這種基材上形成的電極布線圖上用這種組合物進(jìn)行焊接時(shí)也不會(huì)造成損壞，本發(fā)明還提供了使用這種組合物的焊接制品。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)Pb焊劑組合物，該組合物包含作為第一金屬元素的Bi；可與所述第一金屬元素形成二元低共熔物的第二金屬元素，其基于不少于90重量份所述第一金屬元素的比值為不多于9.9重量份；第三金屬元素；以總的焊劑組合物為基準(zhǔn)，第一金屬元素不少于90％重量，第三金屬元素為0.1-3.0％重量。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述焊劑組合物不包含固相線溫度低于200℃的低熔點(diǎn)共熔物。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述第三金屬元素是至少一種選自下列的元素Sn、Cu、In、Sb和Zn。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述第二金屬元素是至少一種選自下列的元素Ag、Cu和Zn。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述第二金屬元素為所述焊劑組合物總重量的0.1-9.9％。
6.如權(quán)利要求3所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述第二金屬元素是Ag，所述第三金屬元素，以焊劑組合物總重量為基準(zhǔn)，包括選自下列的至少一種元素0.1-0.5％重量的Sn、0.1-0.3％重量的Cu、0.1-0.5％重量的In、0.1-0.3％重量的Sb、0.1-0.3％重量的Zn。
7.如權(quán)利要求3所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述第三金屬元素還包含選自Ge和P的至少一種元素。
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于所述第三金屬元素的含量為焊劑組合物重量的0.01-0.1％。
9.如權(quán)利要求1所述的無(wú)Pb焊劑組合物，其特征在于，以焊劑組合物總重量為基準(zhǔn)，所述第一金屬元素的含量不小于94.5％，所述第二金屬元素的含量為0.15-3.0％。
10.一種無(wú)Pb焊接的制品，包括；表面有導(dǎo)體布線圖的基材，放置于基材上的如權(quán)利要求1—9中任一權(quán)利要求所述的無(wú)Pb焊劑組合物，使其電連接和機(jī)械連接到所述導(dǎo)體布線圖。
11.如權(quán)利要求10所述的無(wú)Pb焊接的制品，其特征在于所述基材是表面有導(dǎo)體布線圖的玻璃基材有引線通過(guò)所述的無(wú)Pb焊劑組合物連接到所述電極。
全文摘要
提供了一種耐熱性優(yōu)良的無(wú)Pb焊劑組合物,用此組合物在基材上形成的電極布線圖上進(jìn)行焊接時(shí),不含損壞玻璃基材和其上的部件。以總的焊劑組合物為基準(zhǔn),這種無(wú)Pb焊劑組合物包含不小于90%(重量)的Bi,0.1－9.9%(重量)Ag,0.1－3.0%(重量)的Sb。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1328898SQ0112100
公開(kāi)日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2001年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者高岡英清, 浜田邦彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所