[發(fā)明專利]鋅顆粒增強錫銀鋅系復合焊料及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910068364.2
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101524794A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 劉永長;高輝霞;余黎明;高志明;董治中
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;C22C13/00;C22C1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 王 麗

技術領域

本發(fā)明涉及使用鋅顆粒增強錫銀鋅系復合焊料及制備方法，屬于電子封裝中無鉛焊料技術。

背景技術

發(fā)展無鉛焊料的最初推動力來自于環(huán)境立法。鉛錫焊料的使用大約已有兩千年的歷史，在現(xiàn)代電子裝配工業(yè)中更是得到廣泛的應用。由于電子設備更新快，大量的電子垃圾來不及處理就直接廢棄或掩埋，會在酸雨環(huán)境中發(fā)生電化學反應浸入土壤和污染水源；而且，經醫(yī)學研究表明：鉛被人體吸收后，將會與人體內的蛋白質結合，抑制人體內蛋白質的正常合成功能，侵害人體中樞神經，造成精神混亂，貧血和高血壓等疾病。而且，鉛對兒童的危害尤為重要，它會影響兒童智力的正常發(fā)育。在電子工業(yè)中大量使用的Sn-Pb焊料正是造成Pb污染的重要來源之一。在制造和使用該焊料的過程中，由于熔化溫度較高，有大量的鉛蒸汽逸出，將直接嚴重影響操作人員的身體健康。鑒于鉛的嚴重危害，目前許多國家都通過立法來限制其使用和排放。歐盟領導下的電子電氣設備廢棄組織(WEEE)要求在2006年停止在電子裝配工業(yè)中使用含鉛材料。美國國家電子制造協(xié)會(NEMI)為此專門實施一個名為“NEMI的焊接無鉛化計劃”來系統(tǒng)研究無鉛裝配在電子工業(yè)中的使用問題；日本的主要消費電子制造企業(yè)也紛紛承諾盡快全面實現(xiàn)無鉛電子裝配；為緊跟世界潮流，我國信息產業(yè)部也很快頒布了《電子信息產品生產污染防治辦法》，以確保我國電子信息產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。但我國電子產品無鉛化技術的研究起步較晚，有自主知識產權的商業(yè)化無鉛電子產品更是寥寥無幾，因此，要想在未來的國際市場中爭得一席之位，就必須進一步加大無鉛焊料的研究，集中力量盡快縮短與國際綠色封裝技術的差距。

傳統(tǒng)的錫鉛焊料具有較低的熔點，良好的耐熱性，良好的可焊性、導電性及較低的價格等優(yōu)點。因此，現(xiàn)代無鉛焊料的研究，不僅要實現(xiàn)錫鉛焊料的優(yōu)點，更要在其基礎上，提高其它性能指標。一般來說無鉛焊料的熔點應在180℃～220℃，盡量接近Sn-37Pb的共晶溫度(183℃)；物理性能與錫鉛焊料相近或者更好，如：塑性范圍小，良好的導電性、導熱性，良好的抗蠕變性能和抗疲勞性能，良好的潤濕性；其次就是替代合金的無毒性，而且應該是可循環(huán)再生的合金。

在滿足無鉛焊料性能要求的前提下，近年來無鉛焊料的研究主要集中在合金系的選取上，即采用哪種焊料來替代傳統(tǒng)的錫鉛焊料，一般來說合金系仍然選取以錫為基礎，在其中添加Ag、Cu、Bi、Zn和In等第二組元，再通過添加第三或是第四種金屬元素來調整焊料的熔點和機械物理性能。

焊點作為電路板上起連接、導電及導熱作用的結構，承受著電子器件與基板材料熱膨脹系數(shù)不同所產生的大部分剪切應力，當電子設備反復運行時，處于熱循環(huán)中的焊點將受到剪切力的交替作用，導致焊點開裂，使的電子系統(tǒng)故障，因此，如何改善釬料合金的力學性能及熱疲勞性能來解決該問題是當前所面臨的問題。

Sn-Ag-Zn系焊料具有優(yōu)異的微觀組織和機械性能，其拉伸強度及耐熱老化性能都比Sn-Pb共晶焊料優(yōu)越；變形速度慢、至斷時間長的蠕變特性，雖然延展比Sn-Pb共晶焊料稍差，但不存在延展性隨時間的延長而劣化的問題。

當添加Zn元素后，Sn-Ag焊料的晶粒得到細化，組織分布均勻，同時，屈服強度和抗剪強度得到提高；以這種高性能焊料合金為基體，利用增強相顆粒來改善其力學性能及熱疲勞性能，制備成復合焊料使得其具有更好的熱、力學性能以滿足更高的工業(yè)應用要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是提供使用鋅顆粒增強錫銀鋅系復合焊料及制備方法，該焊料在錫銀鋅系無鉛焊料中加入鋅顆粒，以降低焊料熔點，提高焊料綜合力學性能和焊點服役壽命，其制備方法簡單，成本低廉。

本發(fā)明的鋅顆粒增強錫銀鋅系無鉛焊料的復合焊料，其特征是該在錫銀鋅系無鉛焊料中加入鋅顆粒。所述的鋅顆粒大小為1-10μm；添加量為錫銀鋅無鉛焊料基體質量比的0.1％～5％。

本發(fā)明的鋅顆粒增強錫銀鋅系復合焊料的制備方法，其特征是將Sn-Ag-Zn系焊料在氬氣保護下的真空熔煉爐中加熱到600℃～800℃熔化，同時加以磁攪拌，使合金成分均勻，然后水冷凝固，再將合金翻轉后600℃～800℃熔化，同時加以磁攪拌并水冷；這樣反復至少三次，然后將質量比為0.1％到5％的鋅顆粒與熔配而成的錫銀鋅系無鉛焊料一起放入真空保護下的坩鍋中加熱到230～280℃并攪拌均勻，再通過水冷就得到鋅顆粒增強錫銀鋅系無鉛復合焊料。

現(xiàn)有的Sn-Ag-Zn系焊料包括純度為99.99％的錫銀鋅無鉛焊料；包括在Sn-Ag-Zn系焊料中：為提高潤濕性加入的鉍、銦的焊料；為細化組織加入的稀土元素的焊料，為提高抗氧化性加入的鎵、磷的焊料。