[發(fā)明專利]無Pb焊劑組合物和焊接制品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01121007.9
• 申請(qǐng)日: 2001-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN1328898A
• 公開（公告）日: 2002-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高岡英清;浜田邦彥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社村田制作所
• 主分類號(hào): B23K35/26
• 分類號(hào): B23K35/26;H05K1/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 周承澤

本發(fā)明涉及基本無鉛的無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，考慮到環(huán)境負(fù)擔(dān)，還使用主要由Sn組成的無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，在越來越多情況下其使用受到限制。至于主要由Sn組成的無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)，焊接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力有時(shí)會(huì)損傷基材。這一問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，對(duì)焊接制品要求越來越高的耐熱溫度。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Pb焊劑組合物用來焊接一種制品，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、斷開等問題。這些是與焊劑耐熱性不夠有關(guān)的毛病問題(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題，提供一種無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，一根引線通過上述無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。