[發明專利]一種低銀無鉛釬料合金

無效

• 申請號: 201210101896.3
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102642097A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 衛國強;肖德成
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;深圳市同方電子新材料有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明涉及電子封裝技術領域，具體是指一種用于電子封裝的低銀無鉛釬料合金。

背景技術

隨著歐盟RoHS和WEEE指令的實施，電子產品無鉛化已是全球化的趨勢。在尋求Sn-Pb釬料替代品的過程中，Sn-(3.0-4.0)Ag-(0.5-0.9)Cu共晶及近共晶無鉛釬料由于有較低的熔化溫度(Tm＝217℃)、良好的釬焊工藝性能及優良的綜合力學性能，因此當前在電子行業得到廣泛應用。

但是，大量的研究及生產實踐表明，在共晶及近共晶Sn-Ag-Cu無鉛釬料中高的Ag含量將導致凝固過程中共晶組織的粗化，特別是在慢冷過程中甚至會有板條狀的先析出相Ag3Sn出現。這樣粗大的金屬間化合物強烈降低焊點的力學性能，特別是抗沖擊性能。另外，Ag屬于貴金屬，由于資源的稀缺導致價格不斷的上升，增加了無鉛釬料的材料成本。

現階段為降低Sn-(3.0-4.0)Ag-(0.5-0.9)Cu共晶及近共晶無鉛釬料的制造成本及提高焊點抗沖擊的能力，Sn-0.3Ag-0.7Cu無鉛釬料已得到一定范圍的應用。但由于Ag含量的大大降低，導致釬料熔化溫度的增加，從而使釬焊溫度也相應的增加，帶來線路板、電子元器件和組裝芯片的熱損傷問題。另一方面，由于Ag含量的降低，焊點凝固組織中共晶組織減少，焊點的強度指標也降低，因此Sn-0.3Ag-0.7Cu無鉛釬料只能在特定的組裝條件和服役條件下使用。最后，由于Ag含量的降低，Sn-0.3Ag-0.7Cu無鉛釬料嚴重偏離共晶成分，在相同釬焊條件下，釬料的潤濕性降低，產品缺陷率增加。

發明內容

本發明的目的是提供一種可取代共晶及近共晶Sn-Ag-Cu無鉛釬料的多元合金化的低銀無鉛釬料合金。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種低銀無鉛釬料合金，由Sn、Ag、Cu、Bi、Dy及Ni組成。

所述各組份按質量百分比計：Ag為0.5-0.8％，Cu：為0.5-0.7％，Bi為1.5-2.5％，Dy為0.05-0.5％，Ni為0.04-0.08％，余量為Sn。

優選地，所述Ag為0.8％，Cu：為0.5％，Bi為2.0％，Dy為0.05％，Ni為0.05％，余量為Sn。

優選地，所述Ag為0.5％，Cu：為0.7％，Bi為1.5％，Dy為0.1％，Ni為0.05％，余量為Sn。

優選地，所述Ag為0.8％，Cu：為0.5％，Bi為1.0％，Dy為0.4％，Ni為0.05％，余量為Sn。

優選地，所述Ag為0.5％，Cu：為0.7％，Bi為2.5％，Dy為0.05％，Ni為0.05％，余量為Sn。

優選地，所述Ag為0.5％，Cu：為0.5％，Bi為1.0％，Dy為0.5％，Ni為0.05％，余量為Sn。

本發明的無鉛釬料合金與現有技術相比具有如下優點：

1)有和共晶及近共晶Sn-Ag-Cu無鉛釬料相近的熔化溫度、潤濕鋪展性能及焊點外觀質量，因此在不改變釬焊工藝及增加釬劑活性的條件下，可得到和共晶及近共晶Sn-Ag-Cu無鉛釬料相近的焊點質量；

2)在不改變熔化溫度的前提下，通過調整Bi和Dy的比例，可得不同力學性能的釬料合金，滿足焊點不同服役條件的需要；

3)通過微量Ni的加入，可降低焊點界面金屬間化合物的生長速率，降低基板Cu的溶解速率，提高焊點服役可靠性；

4)該釬料合金由于大大降低了Ag含量，因此使材料成本大大降低。

本發明中各組份的作用及含量限定的原理如下(含量均以質量百分比計)：

Ag：Ag和Sn、Cu可組成三元共晶，三元共晶的Ag含量范圍在3.5-4.0％之間，但由于Ag價格昂貴，導致釬料成本增加；其次，高Ag含量致使焊點可靠性降低。如果Ag含量太低，將會降低釬料合金的潤濕性能，試驗結果表明，當Ag含量高于0.8％時，對釬料的潤濕性影響不大，因此優選為0.5-0.8％。

Cu：Cu是組成無鉛釬料的基本合金元素。添加Cu可降低釬料的熔化溫度，同時可減少基體Cu的溶解速率。另外，Cu和Sn在釬料中可形成Cu6Sn5相，提高釬料合金強度，但過高的Cu導致釬料熔點升高，優選為0.5-0.7％。

Bi：Bi和Sn可形成共晶，降低釬料熔點；Bi在Sn基釬料中是正吸附元素，可以改善釬料的潤濕性，提高釬焊工藝性能。但Bi含量過高，將導致釬料合金強度增加、塑性降低，使釬料變脆，優選為1.5-2.5％。