[發明專利]一種微合金化錫鋅共晶合金無鉛焊料

無效

• 申請號: 200610089362.8
• 申請日: 2006-06-21
• 公開（公告）號: CN101092006A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 楊福寶;郭宏;徐駿;石力開;張品
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 耿小強

技術領域

本發明屬于特種功能材料領域，涉及到焊接領域中的無鉛焊料合金，具體地說是一類適用于微電子制造與集成電路封裝行業應用的抗氧化型低成本微合金化Sn-Zn共晶合金無鉛焊料。

背景技術

隨著“綠色焊接”概念的興起，新型無鉛釬料的開發已成為世界各國釬焊工作者面臨的新課題。傳統的錫鉛釬料之所以千百年來一直得到廣泛應用是與其優異的性能和低廉的成本分不開的，然而鉛及鉛化合物的毒性日益引起人們的關注。廢棄電子產品中的鉛溶解于雨水后滲入土壤，通過污染水源而直接影響人類健康。因此近年來禁止或限制使用鉛的呼聲越來越高，并相繼出臺了相應的法律法規進行約束，世界各國普遍感到前所未有的壓力，因此開發新型實用性電子無鉛軟釬料替代現有的Sn-Pb釬料合金已迫在眉睫。盡管近年來針對電子無鉛釬料合金的研究已經成為功能材料領域的熱點，已開發并申報專利的無鉛釬料合金種類繁多，但這些釬料合金與傳統的Sn-Pb釬料相比，或多或少地存在性能、工藝技術或成本方面的問題，至今尚未找到令人滿意的Sn-Pb軟焊料替代品。理想的電子無鉛釬料合金必須具有合適的熔點、良好的潤濕性、良好的組織穩定性、無腐蝕性，而且要求原料供應充足，能滿足產業化的需求等。在當前研究較為集中的二元或多元合金中，Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu在釬焊行業具有一定范圍的應用，但是這些合金的熔點在216-227℃之間，與Sn-37Pb釬料的183℃相比仍然偏高，釬焊溫度升高會使電子元件及基板材料受到損傷，而且Ag的大量使用也受到資源方面的限制，據估算如果全部采用含銀釬料作為Sn-Pb釬料的替代品，Ag的儲量將遠遠不能滿足龐大的市場需求。

縱觀眾多無鉛釬料的候選合金，Sn-9Zn共晶合金最具誘惑力。該共晶合金的熔點為199℃，非常接近Sn-37Pb合金熔點。用Sn-Zn系合金代替傳統的Sn-Pb系合金無需對現有設備進行大的改造，可以沿用原來的Sn-Pb釬料合金釬焊的輔助材料，而且Sn-Zn系合金的價格低廉、資源豐富也是現有其它無鉛釬料合金所無法比擬的。但是Zn元素的化學性質活潑，室溫條件下生成的表面氧化膜難以鈍化，在熔融狀態下氧化程度加劇，給釬料的熔煉、制備和焊接帶來一系列問題，這也是制約該合金在電子封裝行業廣泛應用的主要因素，因此近年來針對Sn-Zn合金釬料的研究引起人們的廣泛關注，相關的研究報告和專利成分不斷推出，僅國內目前公開和已授權的Sn-Zn基合金焊料專利數量就接近20多項，添加的合金元素主要有Ag、In、Bi、Ni、Sb、Cu、Al、Re等，但從專利內容來看，普遍存在合金成分復雜且成分范圍寬泛的特點，這在一定程度上影響到合金焊料向應用領域的推廣。所以盡管Sn-Zn的專利較多，但真正能夠獲得應用并得到用戶認可的Sn-Zn合金焊料目前還是寥寥無幾，應用比較成功的尚數日本富士通公司內部推出的Sn-Zn-Al合金釬料，該成分已獲得美國專利授權，該合金釬料Al含量控制在30PPm左右，屬于痕量，實際上仍屬于Sn-Zn二元共晶合金。該高性價比合金釬料的改良成功為錫鋅合金釬料的研究與開發提供了可供借鑒的思路，通過添加抗氧化元素、表面活性元素和易鈍化合金元素改善Sn-9Zn合金的釬焊性能，已成為實用型Sn-Zn系無鉛焊料開發的主要技術途徑。

發明內容

為了解決Sn-9Zn共晶合金在非真空條件下液態合金表面易氧化、氧化膜不易去除所導致的潤濕性差等問題，本發明的目的在于提供一種性能完好(抗氧化性能良好、潤濕鋪展性佳；機械性能、電性能優良)、工藝良率佳、使用可靠的微合金化錫鋅共晶合金無鉛焊料，該合金焊料最大限度地保留Sn-Zn二元共晶合金的特點，同時又克服宏合金化對合金性能、合金成本及焊接可靠性方面帶來的不利影響，便于向焊料制造業和電子封裝領域推廣。

本發明的目的是通過以下技術方案達到的：

一種微合金化錫鋅共晶合金無鉛焊料，其特征在于其合金組成及含量按重量計為：Zn?8-10％；添加的微合金化元素為Ga、P、Al、Ge、Mg中的一種或其中幾種的復合，其微合金化元素的含量上限為0.1重量％，余量為Sn。

一種優選技術方案，其特征在于：所述微合金化錫鋅共晶合金無鉛焊料中還含有微量的Cu、Ni、Ag中的一種或多種，其含量上限0.1重量％。

本發明的合金焊料在回收時可以混合，微合金化元素不同的因素可以忽略，這為焊料制備過程中的原料成分控制和焊料的回收再利用提供了極大方便。