[發明專利]一種低熔點無鉛焊料合金

有效

• 申請號: 201210494897.9
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102936669A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 余洪桂;黃玲霞;吳芝錠;劉婷
• 申請（專利權）人: 一遠電子科技有限公司
• 主分類號: C22C13/02
• 分類號: C22C13/02;B23K35/26
• 代理公司: 臺州市方圓專利事務所 33107
• 代理人: 蔡正保;張智平

技術領域

本發明涉及一種焊料，尤其涉及一種低熔點無鉛焊料合金，屬于焊接材料技術領域。

背景技術

一直以來，Sn-Pb合金作為電子工業的主要封裝材料，在電子部件裝配上占主導地位，然而由于鉛及其鉛化合物屬劇毒物質，對人體具有極大的毒性。尤其是近年來隨著人們環保意識的增強和對于自身健康的關注，鉛污染越來越受到人們的重視；且近年來各國提出的禁鉛條例使電子封裝產業對無鉛焊接提出了更高的要求，已經成熟的錫鉛焊料必須被無鉛焊料所替代。

當前業界較為認可的無鉛焊料主要以Sn-Ag-Cu為代表，因為其容易獲得、技術問題相對也較少，且與傳統焊料相容性較好，可靠性較高，其雖然避免了采用鉛作為焊料的原料，但是，Sn-Ag-Cu無鉛焊料除了合金成本因素外，其最致命的弱點是合金熔點比Sn-Pb焊料高，Sn-Ag-Cu系共晶溫度為217℃相比Sn-Pb共晶焊料熔點為183℃高34℃。使對于耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷，導致平面基板彎曲變形，增強其損壞的可能性。這就意味著采用Sn-Ag-Cu無鉛焊料對焊接設備、焊接工藝、電子元件及基板材料的耐溫性能等一系列工程提出了嚴峻的挑戰。

如中國專利申請（公開號：CN101257995A，公開日：2008年09月03日）公開了一種焊接劑組合物，該組合物包括錫、銦、銀和鉍，并且包括大約30%到85%的錫和大約15%到65%的銦，還可進一步包括銅。并進一步限定銀的含量為1%到10%，鉍的含量為0.25%到6%，銅的含量為0.25%到0.75%。該焊料合金中鉍的含量較少且銦的含量相對較高，鉍的加入雖然能夠提高焊料的強度，但是卻無法達到理想的溫度要求。同時，作為貴金屬的In添加的量過多，大大的增加了生產的成本。因此，為了提高焊料合金的質量和考慮電子組裝工藝條件的要求，所需的無鉛焊料應滿足以下條件：熔點低，合金共晶溫度近似于Sn-Pb的共晶溫度183℃，大致在180℃～200℃之間；具有良好的潤濕性；機械性能良好，焊點要有足夠的機械強度和抗熱老化性能等要求。

發明內容

本發明針對以上現有技術中存在的缺陷，提供一種低熔點無鉛焊料合金，具有焊料合金熔點低和剪切強度好的效果。

本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的，一種低熔點無鉛焊料合金，該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比：

Bi：10%～30%；Ag：2.2%～3.0%；In：0.5%～1.0%；P：0.004%～0.008%；其余為錫。

本發明的低熔點無鉛焊料合金，通過添加Bi來降低焊料合金的溫度，Sn-Bi系焊料能夠在139℃～232℃的寬熔點范圍內形成，其熔點在180℃時最接近Sn-Pb焊料合金的共晶溫度。雖然，Sn-Bi系焊料共晶的熔點僅為139℃，在160℃左右的低溫就可以組裝，但是由于Bi呈硬脆性，有釬焊顯微組織粗大且不均勻的現象，如果加入的量過大會導致合金無法制作成線狀，焊接時由于高溫度沖擊易開裂，而如果加入的量太少，則不足以降低焊料合金的溫度。現有的焊料中有將Bi的含量控制在40%～60%或者控制在5%以下，前者雖然可以達到降低焊料溫度的效果，但正是Bi本身所呈現的脆性，Bi的含量過高，會使焊料呈現硬脆性，使焊料的剪切強度太差；而后者Bi的含量太少，雖然能夠保證焊料的強度，但是溫度無法達到理想的要求。因此，本發明將Bi的含量控制在10%～30%，從而既能夠達到降低焊料溫度的效果，又能夠保證焊料的剪切強度性能，同時，通過加入Ag和In來改善焊料的合金性能；并同時通過加入少量的P元素，可以提高焊料的抗氧化性能和減少焊料被氧化的程度，減少錫渣的產生。本發明的焊料合金共晶溫度在170℃～200℃左右。

在上述的低熔點無鉛焊料合金中，所述的Ag能夠與Sn基體形成Sn-Ag共晶（Ag3Sn），提高焊料的力學性能，但Ag的量如果添加的太多，則會增加焊料的成本；如果加入的太少，則提高力學性能的效果不顯著。

在上述的低熔點無鉛焊料合金中，所述的In與Bi之間具有協同作用，同樣能夠起到降低焊料合金的熔點的作用，同時還能夠改善焊料合金的物理性能，增加焊料的光亮度和提高延升率的效果。

作為優選，在上述的低熔點無鉛焊料合金中，所述的無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比：

Bi：15%～25%；Ag：2.3%～2.8%；In：0.6%～0.8%；P：0.005%～0.006%；其余為錫。

作為進一步的優選，在上述的低熔點無鉛焊料合金中，所述的無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比：