[發(fā)明專利]原位生長(zhǎng)化合物復(fù)合增強(qiáng)錫鋅基無(wú)鉛釬料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710053504.X
• 申請(qǐng)日: 2007-10-06
• 公開（公告）號(hào): CN101148006A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周浪;魏秀琴;黃惠珍;廖福平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K35/26
• 分類號(hào): B23K35/26
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電子器件用釬焊材料，尤其涉及一種原位生長(zhǎng)化合物復(fù)合增強(qiáng)錫鋅基無(wú)鉛釬料。

背景技術(shù)

各種電子器件，包括微電子器件普遍采用釬焊作為電路連接和組裝手段，長(zhǎng)期以來，Sn-Pb共晶及近共晶合金由于熔點(diǎn)低、對(duì)銅基的潤(rùn)濕性好等優(yōu)點(diǎn)而被作為釬焊材料廣泛應(yīng)用。隨著電子產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，更新?lián)Q代的加速及人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，大量廢棄電子產(chǎn)品中鉛對(duì)環(huán)境及人體的潛在危害引起國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注，一些國(guó)家相繼出臺(tái)了對(duì)含鉛焊料的限制法規(guī)并設(shè)立了全面淘汰含鉛焊料的時(shí)限。開發(fā)無(wú)鉛釬料以取代現(xiàn)行Sn-Pb釬料勢(shì)在必行。

與此同時(shí)，隨著現(xiàn)代微電子器件高度集成化的發(fā)展，對(duì)焊料可靠性要求越來越高，傳統(tǒng)的Sn-Pb釬料強(qiáng)度較低，不能滿足要求，也需要發(fā)展新型的高性能電子釬料。

世界各國(guó)近年來開展了大量研究，產(chǎn)生了多種無(wú)鉛釬料合金，但至今尚未找到各方面性能均令人滿意的Sn-Pb釬料替代品。目前相對(duì)性能較好、受多家權(quán)威研究機(jī)構(gòu)公推、在一些場(chǎng)合得到應(yīng)用的是Sn-Ag和Sn-Ag-Cu合金。但是這類合金熔點(diǎn)(＞220C)相對(duì)于現(xiàn)行Sn-Pb共晶合金釬料熔點(diǎn)(183C)過高，難于與現(xiàn)行電路板材、電子釬焊生產(chǎn)工藝和設(shè)備兼容，且原料成本也較高。Sn-Zn系合金在其共晶成份(Sn-9％wt?Zn，簡(jiǎn)記為Sn-9Zn)的熔點(diǎn)(198C)接近Sn-Pb焊料，而且其強(qiáng)度高于Sn-Pb系合金，相對(duì)于其它無(wú)鉛焊料合金價(jià)格最為低廉，很有發(fā)展?jié)摿?。但由于高?!-- SIPO -->量的易氧化組元Zn的存在，這類合金存在兩個(gè)突出的問題需要解決：它對(duì)銅等金屬的潤(rùn)濕性較差，并且抗氧化性較差。此外，相對(duì)于Sn-Ag-Cu合金，Sn-Zn合金的強(qiáng)度也較低。

Sn-9Zn合金由于處于共晶點(diǎn)，熔點(diǎn)最低，工藝性能最好，一般是Sn-Zn系合金釬料的首選成份。目前國(guó)際上已出現(xiàn)了幾項(xiàng)改善Sn-9Zn合金潤(rùn)濕性的專利技術(shù)，包括向Sn-Zn合金添加Al(US6361626)、添加Mn(WO03004713)、添加Ag、Bi、In和P(US6241942)、在Sn-Zn粉粒表面包覆Sn膜(US20030059642，公示中)和添加P或稀土(CN1481970A)等技術(shù)。對(duì)這些技術(shù)，目前從無(wú)鉛釬料生產(chǎn)與應(yīng)用現(xiàn)狀和其技術(shù)本身我們可提出兩點(diǎn)不足：第一，它們都不是經(jīng)工業(yè)應(yīng)用證實(shí)成熟的技術(shù)。盡管這些專利均聲稱達(dá)到良好效果，但均未有大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，各國(guó)研究發(fā)展無(wú)鉛釬料的努力都未曾停止，新的相關(guān)專利仍在不斷涌現(xiàn)；第二，其中添加Ag、Bi、In和P多種組元的技術(shù)有原料成本昂貴和工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)；第三，除表面包覆Sn膜的技術(shù)外，它們都不能減緩釬料合金的氧化，而包覆Sn膜亦有工藝復(fù)雜，增加成本的缺點(diǎn)。

此外，添加較高含量(＞3％wt)的Bi可提高Sn-Zn合金的潤(rùn)濕性，并可降低合金熔點(diǎn)，這已是一種公開的知識(shí)，但是較高的Bi會(huì)使合金變脆，并且Bi資源較少，本身還有一定的毒性，使Bi的大量使用不能成為一種理想的解決方案。

強(qiáng)度方面，Bi或Cu合金化能使強(qiáng)度有所提高，但Bi會(huì)引入脆性，有損焊點(diǎn)可靠性；而Cu會(huì)使熔點(diǎn)提高，并且增強(qiáng)效果也較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種原位生長(zhǎng)化合物復(fù)合增強(qiáng)錫鋅基無(wú)鉛釬料，在保持Sn-Zn合金低熔點(diǎn)、低成本優(yōu)勢(shì)情況下，以復(fù)合材料技術(shù)改善其潤(rùn)濕性、提高其強(qiáng)度。

本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，以Zn含量為6～9％wt的Sn-Zn合金為基體，加入銅粉；其特征是，含Zn6-9％wt的Sn-Zn合金與銅粉的重量百份比為96-99.5％：0.5-4％?；w熔融時(shí)銅粉顆粒能夠與之形成較高熔點(diǎn)的Cu-Zn化合物顆粒增強(qiáng)相，同時(shí)使基體合金中的Zn大量消耗，使基體合金中的有效Zn含量大幅度降低，抑制Zn對(duì)釬料潤(rùn)濕性的有害作用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：所發(fā)明的復(fù)合釬料對(duì)銅的潤(rùn)濕性比Sn-9Zn合金提高；由它所形成的焊點(diǎn)為亞共晶Sn-Zn合金基體和Cu-Zn化合物顆粒組成的復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度和塑性及抗蠕變強(qiáng)度都比Sn-9Zn合金顯著提高。

附圖說明

圖1為不同Cu粉添加量的Sn-9Zn基復(fù)合釬料在回流焊實(shí)驗(yàn)中在銅表面的潤(rùn)濕鋪展率(回流焊峰值溫度：250℃)。

圖2為Sn-9Zn/3Cu釬料的顯微組織(光學(xué)顯微鏡)。

圖3為不同Cu粉添加量的Sn-9Zn基復(fù)合釬料的瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度。

圖4為不同Cu粉添加量的Sn-9Zn基復(fù)合釬料的最大延伸率。