[發明專利]錫鋅基含稀土元素的無鉛釬料合金

無效

• 申請號: 02109623.6
• 申請日: 2002-05-10
• 公開（公告）號: CN1390672A
• 公開（公告）日: 2003-01-15
• 發明（設計）人: 趙杰;黃明亮;于大全;王來
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;C22C13/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于金屬材料工程技術領域，涉及到電子封裝釬焊材料技術領域，特別涉及到一種適用于電子工業尤其是家用電器用的低成本無鉛釬料合金。

背景技術

由于傳統的錫鉛釬料含有對人體和環境具有極大危害的鉛元素，發展無鉛釬料已經成為當前材料科學工作者的一項緊迫任務。美國、日本等國家正積極立法來禁止鉛的使用，歐盟根據立法案電氣電子產品機械的廢棄物的指令，從2008年1月1日起將全面禁止含鉛、鎘等有毒有害元素在電子工業中的使用。因而，為了消除鉛的污染，迫切需要無鉛的釬料來取代Sn-Pb釬料應用于電子封裝焊接技術中。

為了使無鉛釬料合金成分滿足有關法規要求，并使釬料合金具有優良的力學性能和釬焊接頭具有較高的可靠性，釬料合金必須具有合適的熔點，良好的潤濕性，組成元素不含有毒、有害性元素，供給量充足能夠滿足產業化的要求，合金組織穩定性好，無腐蝕性等。在當前所知的二元及多元合金體系中，對Sn-Ag，Sn-Bi-Ag，Sn-Ag-Cu釬料及其釬焊接頭研究較多，具有較好的應用前景。但是這些合金的熔點在216℃-227℃之間，與Sn-37Pb釬料的熔點183℃相比較高。此外，這些合金成本較高，是錫鉛合金造價的3倍左右。對于一些釬料應用場合，例如家用電器或要求條件不是特別高的應用領域，需要開發低成本的釬料來滿足要求。

Sn-9Zn合金具有199℃的共晶溫度，非常接近Sn-37Pb釬料熔點。而且Sn-9Zn合金具有良好的經濟性和力學性能。但是由于Zn元素比較活潑，使該合金的潤濕性和抗腐蝕性較差，影響了應用。

發明內容

本發明的目的是，提供一種錫鋅基含稀土元素的無鉛釬料，以解決目前錫鋅合金存在的問題，使其潤濕性、抗腐蝕性及力學性能進一步改善，從而可以廣泛應用于電子封裝，尤其是家用電器當中。

本發明的更為具體的目的是提供具有以下性質的無鉛釬料合金：

1)250℃以下釬焊溫度使用，在釬焊過程中避免電子元件的熱損傷；

2)具有良好的可焊性；

3)形成的釬焊接頭具有足夠高的結合強度，釬焊接頭組織穩定性優良；

4)容易加工形成線材，可以用釬焊烙鐵進行釬焊。

本發明的技術方案是，在Sn-Zn合金中添加了微量稀土元素RE(由La，Ce，Pr，Nd中的一種或幾種元素組成)，同時任選含有0.1-6重量％的Bi、0.1-3重量％的Cu、0.1-3重量％的In、0.1-1重量％的Al、0.01-1重量％的Ni、0.001-1重量％的P中的一種或幾種。

現在詳細描述本發明，在以下的描述中，所有關于合金成分的百分數都是重量百分數。

根據本發明的無鉛釬料合金可以用作傳統的Sn-Pb合金的替代材料。這些合金的熔點與Sn-Pb合金共晶183℃溫度相近，在185～200℃之間；這些合金組織明顯細化，力學性能優越；合金的潤濕性能比Sn-Zn合金相比有了很大提高；抗氧化，抗腐蝕性也明顯改善。

合金成分根據以下理由是：

RE：0.05％～1.0％

稀土元素由La，Ce，Pr，Nd中的一種或幾種元素組成，微量稀土元素可以抑制粗大的β-Sn晶粒生成，使合金組織明顯細化，進而提高了合金的力學性能。同時稀土元素的加入顯著改善合金的潤濕性。選用RA松香活性釬劑，在245℃空氣中，添加0.05％的混合稀土元素可以使潤濕力提高5～6倍。RE含量優選的是0.05％～0.5％，更優選的是0.05％～0.25％。

Bi：0.1％～6％，In：0.5％～3％

任選的In、Bi作為合金化元素來提高合金的潤濕性、降低熔點。少量的Bi元素加入即可有效降低合金的融化溫度，并能起到固溶強化的作用。但是過多的Bi元素會使合金的熔點范圍加寬，延展性急劇下降。因此Bi元素優選的是0.1％～6％，更優選的是1％～3％。

銦(In)可起到降低熔點，提高潤濕性的作用，但In是貴金屬，添加時含量優選的是1％～3％，更優選的是2％～3％

Cu：0.1％～3％，Ni：0.01％～1％

Cu、Ni的加入可以細化合金凝固組織中晶粒，有效提高合金的力學性能。Cu含量優選的是0.1％～3％，更優選的是0.7％～1.5％；Ni含量優選的是0.01％～1％，更優選的是0.05％～0.2％。小于或超出這個范圍效果都不明顯。

Al：0.1％～1％，P：0.001％～1％