[發明專利]含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu無鉛釬料

有效

• 申請號: 200910030958.4
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101537546A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 薛松柏;皋利利;顧立勇;顧文華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 唐小紅

一、技術領域

含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu無鉛釬料，主要用于表面組裝及封裝領域，是一種釬焊性能(如潤濕性能)良好、焊點力學性能特別是抗蠕變能力優良的新型無鉛釬料，屬于金屬材料類及冶金領域的釬焊材料。

二、背景技術

由于電子行業無鉛化的需要，無鉛釬料的研究已受到世界各國的重視。近年來，無鉛釬料的研發已取得了一定的成就，已研發出許多無鉛釬料，但是仍然滿足不了電子行業的需要。目前電子行業應用最廣泛的無鉛釬料主要有用于波峰焊的Sn-Cu系、用于再流焊的Sn-Ag-Cu系無鉛釬料。為了改善上述釬料的釬焊性能、焊點力學性能，研究者通過加入各種其它微量合金元素，國內外已公開的專利主要是通過加入Bi、Ni、In、Ge、P元素來優化Sn-Ag-Cu系合金釬料的性能，代表性的有Sn-(2.8-4.2wt％)Ag-(0.3-0.8wt％)Cu-(0.0001-0.01wt％)Ge-(0.0001-0.01wt％)In[美國專利US7250135B2]；低銀系的Sn-(0.3-0.4wt％)Ag-(0.6-0.7wt％)Cu-(0.01-1.0wt％)P[美國專利US7335269B2]；中國的Sn-(2-5wt％)Ag-(0.2-1wt％)Cu-(0.025-1.0wt％)Er[中國專利，公開號為CN1621194A]；Sn(94.7～98wt％)-(1～3.5wt％)Ag-(0.5～1.5wt％)Cu-(0.001-0.1wt％)La或Ce等[中國專利，ZL?02129643.X]

已有研究發現，Bi、In的加入雖然可以在一定程度上降低釬料的熔點、改善潤濕性，但對釬料的綜合性能影響不大，而且Bi的加入容易生成低熔共晶，在晶界聚集，降低釬料的力學性能；In的價格昂貴，應用受到成本價格的制約。Ge、P的加入對釬料合金的綜合性能的提高非常有限，微量稀土La或Ce的加入可以改善釬料的潤濕性能，還可以大幅度提高釬料合金的抗蠕變性能以及力學性能，能夠明顯提高Sn-Ag-Cu系釬料合金的綜合性能，但是仍有不足之處。中國專利CN101269446A指出：(0.05～3％)的Ga元素可以顯著改善Sn-Zn釬料的潤濕性能。但是，Ga元素對于Sn-Ag-Cu系無鉛釬料潤濕性能、焊點力學性能特別是抗蠕變能力的改善問題，國內外均沒有研究。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種釬焊性能(如潤濕性能)良好、焊點力學性能特別是抗蠕變能力優良的新型無鉛釬料。

一種含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu無鉛釬料，其特征是：成分按質量百分數配比為：0.5～4.5％的Ag，0.2～1.5％的Cu，0.001～0.5％的Pr，0.001～0.1％的Ni，0.001～0.1％的Ga，0.001～0.1％的Pb，余量為Sn。

釬料可采用常規方法制備，即使用市售的錫錠、銀錠、電解銅、金屬Pr、金屬Ni、金屬Ga，按需要配比，冶煉時加入經優化篩選確定的“覆蓋劑”或采用“惰性氣體”保護進行冶煉、澆鑄，可得到棒材。通過擠壓、拉拔，即得到絲材(也可加入助焊劑，制成“藥芯焊絲”)。采用制粉設備可將其制成顆粒狀(顆粒大小可從0.106mm(140目)～0.038mm(400目))。鉛作為錫錠、銀錠、電解銅等原材料中的“雜質元素”，總量控制在0.001～0.1％范圍內，以滿足符合中華人民共和國國家標準GB/T?20422-2006《無鉛釬料》的規定。

本發明為提高Sn-Ag-Cu系無鉛釬料潤濕性能、焊點力學性能特別是抗蠕變能力，在綜合、歸納已有研究成果的基礎上，采用在Sn-Ag-Cu無鉛釬料中尚未見諸報道的稀土元素Pr作為改變Sn-Ag-Cu無鉛釬料的組織結構、提高Sn-Ag-Cu無鉛釬料抗蠕變能力的元素；為了提高Sn-Ag-Cu無鉛釬料的抗氧化能力并提高其潤濕性能，添加了表面活性元素Ga；為了提高Sn-Ag-Cu無鉛釬料的焊點力學性能(主要是抗拉強度)，添加了高熔點元素Ni。經過“成分優化”試驗，得到如上述最佳成分范圍。

四、附圖說明

圖1：表1中不同成分合金(合金1、2、3、4、5、6)的力學性能。其中圖1(a)為不同Pr含量的QFP器件焊點拉伸力。圖1(b)為不同Pr含量的0805片式電阻焊點抗剪力。

圖2：表1中不同成分合金(合金1、2、3、4、5、6)的蠕變疲勞壽命。

圖3：表1中不同成分合金(合金1、2、3、4、5、6)的潤濕力與潤濕時間。其中圖3(a)不同Pr含量的釬料潤濕力。圖3(b)不同Pr含量的釬料潤濕時間。