[發明專利]Sn-Cu-Bi-Ni無鉛焊料

無效

• 申請號: 201110314633.6
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102430872A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 胡安民;李明;羅庭碧
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及焊接材料的技術，特別是涉及一種Sn-Cu-Bi-Ni無鉛焊料的技術。

背景技術

目前，在微電子封裝及組裝時所使用的焊料主要是傳統的Sn-Pb（錫鉛）系焊料。但是當電子產品作為一般工業廢棄物和生活垃圾被丟棄時，焊料中的Pb（鉛）成分在自然環境中會溶解出來侵入地下水，從而對環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，以限制含鉛物質的使用，用無鉛焊料替代傳統的Sn-Pb（錫鉛）系含鉛焊料已成為全球微電子制造領域不可逆轉的大趨勢，積極尋找無毒無害的新型焊料也成為了當前電子行業的重要任務。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注。

現有無鉛焊料中，Sn-Cu（錫銅）系焊料相比最常用的Sn-Ag-Cu（錫銀銅）三元焊料，具有低成本的優點，且能避免焊料內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，且力學性能較低，因而其應用受到了限制。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種熔點低，潤濕性及力學性能好的Sn-Cu-Bi-Ni無鉛焊料。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種Sn-Cu-Bi-Ni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Ni，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％，Ni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，Ni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Cr和/或Al，其總量占焊料的重量百分比不超過0.5％。

本發明提供的Sn-Cu-Bi-Ni無鉛焊料，在Sn-Cu焊料體系中加入了適量的Bi和Ni，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性能，加入Ni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Ni可以明顯細化焊料組織，能提高焊料力學性能，另外Ni的加入還可以抑制焊料界面IMC生長，提高焊料可靠性，Ni還可以減少焊料對不銹鋼的腐蝕。

具體實施方式

以下結合具體實施例對本發明的技術方案作進一步詳細描述。

本發明實施例所提供的一種Sn-Cu-Bi-Ni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Ni（鎳），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％，Ni（鎳）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，增強了焊料的力學性能，加入Ni（鎳）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Ni（鎳）可以明顯細化焊料組織，能提高焊料力學性能，另外Ni（鎳）的加入還可以抑制焊料界面IMC生長，提高焊料可靠性，Ni（鎳）還可以減少焊料對不銹鋼的腐蝕。

本發明實施例的最優方案為，Bi（鉍）占焊料的重量百分比為1.5～2％，Ni（鎳）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Cr（鉻）和/或Al（鋁），其總量占焊料的重量百分比不超過0.5％。

本發明實施例的制備方法如下：

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

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

本發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％，Ni（鎳）占焊料的重量百分比為0.05％，本發明第一實施例的焊料經測定，相比現有的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℃的溫度環境下經過16天老化后，焊點界面IMC厚度相比現有的SnCu（錫銅）焊料減少2μm，對不銹鋼的腐蝕也明顯降低，所述現有的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）。