[發明專利]無鉛焊接材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210485435.0
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103831543A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 吳永恒
• 申請（專利權）人: 吳永恒
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40;C22C13/00;C22C1/03
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李田

技術領域

本發明涉及一種微電子封裝領域焊接材料的制造工藝，特別是一種新型抗氧化性以及潤濕性良好的無鉛焊接材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子工業迅猛發展，電子產品不斷向智能化、微型化發展，這產生了更加新型的加工工藝，同時也對封裝材料的性能提出了更高的要求。在封裝領域的焊接材料中，Sn-37Pb焊料以其優異的性能和低廉的成本，一直得到廣泛的使用。然而，隨著人類健康和環保意識的增強、法律的限制以及現代電子技術的迅速發展，電子產品無鉛化作為一種趨勢迫在眉睫。

現有應用技術中，用于微電子封裝的焊接材料類型主要為Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系和Sn-Cu系，盡管這些無鉛焊接材料已經在封裝行業得到應用，但是大多仍然存在這樣或那樣的問題。其中，最主要的問題是：

1、抗氧化性差。錫在焊接過程中易被氧化。這不僅造成錫的浪費，而且嚴重影響焊接可靠性。

2、潤濕性能差。潤濕性差是幾乎所有新開發的無鉛焊料存在的問題，此問題已經成為無鉛焊料開發的瓶頸。

3、價格昂貴，保存要求嚴格。由于貴金屬Ag的加入，在很大程度上增加了焊料的成本，阻礙了此系列焊料廣泛推廣使用。

4、熔點較高。此三種系列無鉛焊料的熔點要比Sn-37Pb焊料的熔點高30~50℃，這對加熱設備以及基體材料都提出了更高的要求。

專利號為CN1554511A的專利文獻公開了一種高抗氧化性無鉛焊料，即CuNiGaRE無鉛焊料，其抗氧化性及流動性均較好，晶粒也比較細密。但是仍然沒有解決焊接潤濕性問題。除此之外，由于Ni、Ga以及RE的加入，很大程度的提高了焊料的成本，使該焊料無法在電子封裝工業得到廣泛的應用。

本領域的技術人員迫切地開發一種新型無鉛焊接材料來解決上述問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中，無鉛焊接材料抗氧化性差，潤濕性能低差，熔點高和成本高的不足，提供一種新型無鉛焊接材料及其制備方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：

一種無鉛焊接材料，其特點在于，所述無鉛焊接材料中各組分的重量百分比為：Al為0.05-1.00%，B₂O₃為0.1-3.00%，Zn為8.5-9.5%，其余組份為Sn。

較佳地，Sn和Zn的重量比例為91：9。

一種前述無鉛焊接材料制備方法，其特點在于，所述制備方法依照以下步驟：

步驟S₁，制備Sn-B₂O₃和Sn-Al中間合金；

步驟S₂，熔煉Sn-Zn合金：將純錫放入坩堝內加熱熔化，熔化溫度為400-600℃，然后加入純鋅，將溫度調整為400-550℃，保溫10-20分鐘；

步驟S₃，制備Sn-Zn-Al無鉛焊料：將Sn-Zn合金溫度升至500-600℃，將Sn-B₂O₃中間合金加入，保溫5-10分鐘，然后升溫到600-700℃，將Sn-Al中間合金加入，保溫10-40分鐘，最后澆注到模具里，獲得Sn-Zn-Al無鉛焊料。

較佳地，步驟S₁中的Sn-B₂O₃中間合金的制備具體包括以下步驟：

S₁₁₁，用錫箔包裹B₂O₃，置于感應爐坩堝底部；

S₁₁₂，用Sn粒覆蓋B₂O₃，加熱到400-600℃保溫20-40分鐘；

S₁₁₃，澆注到模具中制備Sn-B₂O₃中間合金。

較佳地，步驟S₁中的Sn-Al中間合金的制備具體包括以下步驟：

S₁₂₁，將Sn熔化，熔化溫度為400-600℃，保溫5-10分鐘；

S₁₂₂，加入Al合金元素，升溫到600-700℃后，保溫20-40分鐘；

S₁₂₃，澆注到模具中制備Sn-Al中間合金。

較佳地，步驟S₂中所述Sn-Zn合金的熔煉過程中采用真空保護。