[發明專利]耐熱耐濕低熔點無鉛焊料合金

有效

• 申請號: 201310025378.2
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103042315A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 馬莒生
• 申請（專利權）人: 馬莒生
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于電子材料及電子制造技術領域，特別涉及一種耐高溫高濕的低熔點無鉛焊料合金。

背景技術

熔點183°C的Sn-Pb共晶合金是長期以來電子工業的主要釬焊材料，在電子部件的裝配上占著主導地位。雖然該合金具有優異的潤濕性及焊接性、導電性、力學性能、成本低等特點，但是由于Pb及Pb化物具有毒性，使用不當會污染環境，且損害工人的身體健康，隨著環境保護法規的日趨完善和嚴格，在全世界執行著禁止含鉛焊料在電子工業中使用的法令，2000年6月美國IPC?Lead?Free?Roadmap第4版發表，建議美國企業界于2001年推出無鉛化電子產品，2004年實現全面無鉛化；歐洲則在推動無鉛立法上采取了更為積極的態度，2003年2月13日，歐盟在其《官方公報》上公布《關于在電子電氣設備中禁止使用某些有害物質指令》，正式批準WEEE(Waste?Electrical?and?Electronic?Equipment)和RoHS(Restriction?of?Hazardous?Substances)的官方指令生效，強制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子產品必須為無鉛的電子產品；亞洲方面，日本政府從2003年1月開始全面推行無鉛化，并以“無鉛”牌阻止或限制美、中、韓、臺灣地區及歐洲有鉛電子產品的進口；中國政府已于2003年3月由信息產業部擬定《電子信息產品生產污染防治管理法》，自2006年7月1日禁止電子產品含鉛。

在當前的的無鉛焊料中Sn-Ag-Cu系合金具有較好的應用前景，得到了美國NEMI、英國DTI、Soldertec等的推薦。對于Sn-Ag-Cu系焊料合金來說，其綜合性能比較優越，但它也具有潤濕性較差，合金組織粗大、分布不均勻、時間穩定性差等缺點，其最大的缺點在于具有太高的熔化溫度，高達221℃。所以如果使用Su-Ag-Cu合金，就需要改造現有的生產設備，也牽涉到因電子元器件及基板的耐熱性差而導致可靠性降低等質量問題，從而增加成本；另外由于熔點高，進行封裝電子元件時最高溫度要比使用Sn-Pb共晶合金高40-50℃，封接時間長，使能耗增加25%以上，排放廢氣CO₂多，污染環境，也不利于防止地球暖化，特別是在較惡劣的環境下使用的電子系統，對長時間使用的電子器件的耐蝕耐熱強度有更高的要求。

本申請人已申請了題為“一種低熔點無鉛焊料合金”的發明專利，于2009年已獲專利權，該發明方案優點：一是降低了合金熔點，一般都小于200°C，在190°C或更低；二是合金的固液相差可達2°C以下，可避免焊點分離缺陷；三是合金組織均勻，其微觀結構組織微細化，使合金強度提高，與其他材料焊接后，焊點強度提高1/3以上，四是焊料合金鋪展率可達到與原來Pb-Sn共晶合金相仿；五是焊料易于加工成材，如棒、絲、粉料（可達1微米左右）、膏等，可用于各種焊接方法的焊料（棒、焊絲、焊球、印刷漿料等）。

但是該合金在高溫高濕條件下其抗氧化特性尚差，當在85°C85%RH（相對濕度）時500小時，1000小時無問題，當大于1000小時后焊點表面氧化腐蝕厲害，達2000小時后表面裂紋可達220μm，雖然比Sn8Zn3Bi的2000小時的裂紋394μm好，但尚需提高合金的抗氧化特性，而且由于鋅容易氧化后，在水蒸氣作用下會產生氫離子H⁺，H⁺進入合金中，造成電阻變化及發生氫致開裂的問題。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種耐熱耐濕低熔點無鉛焊料合金，本發明可改善合金的耐高溫高濕性，使焊料具有較低的熔化溫度，接近Sn-Pb共晶合金的熔點183℃，同時要比Sn9Zn共晶合金具有更好的焊接性能,以取代Sn-Pb共晶合金。

本發明提出的耐熱耐濕低熔點無鉛焊料合金，其特征在于，該無鉛焊料合金中各化學成分的重量百分比組成為：

Zn??4～12

Bi??0.5～4In0.5～5.0

P??0.005～0.5

Zr??0.001～0.5

同時添加以下成分的重量百分比的微量元素1種或多種；

Y??0～0.1

Ge??0～0.2

Mg??0～0.05

B??0～0.02

Al??0～0.05

Ni??0～0.2

Ag??0～0.3

余量為Sn和不可避免的雜質。

本發明的特點及有益效果：