[發(fā)明專利]Sn-Cu-Bi-Cr無鉛焊料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110314631.7
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102371439A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡安民;李明;羅庭碧
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接材料的技術(shù)，特別是涉及一種Sn-Cu-Bi-Cr無鉛焊料的技術(shù)。

背景技術(shù)

目前，在微電子封裝及組裝時所使用的焊料主要是傳統(tǒng)的Sn-Pb（錫鉛）系焊料。但是當電子產(chǎn)品作為一般工業(yè)廢棄物和生活垃圾被丟棄時，焊料中的Pb（鉛）成分在自然環(huán)境中會溶解出來侵入地下水，從而對環(huán)境和人類造成極大的危害。因此，近年來許多國家紛紛制定或正在制定法律、法規(guī)，以限制含鉛物質(zhì)的使用，用無鉛焊料替代傳統(tǒng)的Sn-Pb（錫鉛）系含鉛焊料已成為全球微電子制造領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢，積極尋找無毒無害的新型焊料也成為了當前電子行業(yè)的重要任務(wù)。Sn-Cu（錫銅）系焊料作為較有潛力的焊料合金也越來越受到關(guān)注。

現(xiàn)有無鉛焊料中，Sn-Cu（錫銅）系焊料相比最常用的Sn-Ag-Cu（錫銀銅）三元焊料，具有低成本的優(yōu)點，且能避免焊料內(nèi)部條狀金屬間化合物生成，但是由于其熔點過高、潤濕性較差，且力學(xué)性能較低，因而其應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種熔點低，潤濕性及力學(xué)性能好的Sn-Cu-Bi-Cr無鉛焊料。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種Sn-Cu-Bi-Cr無鉛焊料，所述焊料包含有Sn和Cu，其特征在于：所述焊料還包含有Bi和Cr，其中Cu占焊料的重量百分比為0.5～0.8％，Bi占焊料的重量百分比為1～3％，Cr占焊料的重量百分比為0.01～0.1％。

進一步的，Bi占焊料的重量百分比為1.5～2％。

進一步的，Cr占焊料的重量百分比為0.03～0.05％。

進一步的，所述焊料還包含有輔助組分，所述輔助組分是Ni和/或Al，其總量占焊料的重量百分比不超過0.5％。

本發(fā)明提供的Sn-Cu-Bi-Cr無鉛焊料，在Sn-Cu焊料體系中加入了適量的Bi和Cr，加入Bi能提高焊料的潤濕性，降低焊料的熔點，同時增強焊料的力學(xué)性能，加入Cr能使焊料亞表面形成阻擋層，使得焊料的抗氧化性能明顯提高，從而提高焊料的潤濕性，而且Cr可以明顯細化焊料組織，能提高焊料力學(xué)性能，另外Cr的加入還可以抑制焊料界面IMC生長，提高焊料可靠性，Cr還可以減少焊料對不銹鋼的腐蝕。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細描述。

本發(fā)明實施例所提供的一種Sn-Cu-Bi-Cr無鉛焊料，所述焊料包含有Sn（錫）和Cu（銅），其特征在于：所述焊料還包含有Bi（鉍）和Cr（鉻），其中Cu（銅）占焊料的重量百分比為0.5～0.8％，Bi（鉍）占焊料的重量百分比為1～3％，Cr（鉻）占焊料的重量百分比為0.01～0.1％；在Sn-Cu焊料體系中加入Bi（鉍）能提高焊料的潤濕性，并能降低焊料的熔點，增強了焊料的力學(xué)性能，加入Cr（鉻）能使焊料亞表面形成阻擋層，使得焊料的抗氧化性能明顯提高，從而提高焊料的潤濕性，而且Cr（鉻）可以明顯細化焊料組織，能提高焊料力學(xué)性能，另外Cr（鉻）的加入還可以抑制焊料界面IMC生長，提高焊料可靠性，Cr（鉻）還可以減少焊料對不銹鋼的腐蝕。

本發(fā)明實施例的最優(yōu)方案為，Bi（鉍）占焊料的重量百分比為1.5～2％，Cr（鉻）占焊料的重量百分比為0.03～0.05％，若Bi（鉍）占焊料的重量百分比超過3％會造出組分偏析，使得焊料延展性下降和熔程增大。

本發(fā)明實施例中，所述焊料還包含有用于改進其強度和潤濕性的輔助組分，所述輔助組分是Ni（鎳）和/或Al（鋁），其總量占焊料的重量百分比不超過0.5％。

本發(fā)明實施例的制備方法如下：

1）使用中頻電磁爐在1200℃的溫度環(huán)境及惰性氣氛下制備Sn（錫）-Cr（鋁）中間合金；

2）使用箱式爐在600℃的溫度環(huán)境及空氣氣氛下，在步驟1所制備的Sn（錫）-Cr（鋁）中間合金中加入Cu（銅）、Bi（鉍）及輔助組分，熔煉制成成品。

本發(fā)明第一實施例的焊料中，Cu（銅）占焊料的重量百分比為0.7％，Bi（鉍）占焊料的重量百分比為1％，Cr（鉻）占焊料的重量百分比為0.05％，本發(fā)明第一實施例的焊料經(jīng)測定，相比現(xiàn)有的SnCu（錫銅）焊料，其熔點下降2℃，其抗拉強度提高10％以上，?其潤濕性提高20％以上，在150℃的溫度環(huán)境下經(jīng)過16天老化后，焊點界面IMC厚度相比現(xiàn)有的SnCu（錫銅）焊料減少3μm，對不銹鋼的腐蝕也明顯降低，所述現(xiàn)有的SnCu（錫銅）焊料中，Cu（銅）占焊料的重量百分比為0.7％，余量為Sn（錫）。