[發明專利]一種無鉛焊料合金

在審

• 申請號: 201510724853.4
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN105215569A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 羅登俊;桑俊峰
• 申請（專利權）人: 蘇州優諾電子材料科技有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 北京振安創業專利代理有限責任公司 11025
• 代理人: 唐瑞雯;詹國永

技術領域：

本發明涉及電子焊接技術領域，特別是指利用無鉛錫合金進行焊接，具體是一種低熔點Sn-Bi-In系無鉛焊料合金。

背景技術：

自電子組裝無鉛化后，現今普遍采用Sn/Cu系，Sn/Ag/Cu系無鉛焊料合金用于波峰焊、回流焊制程。如在波峰焊制程中，普遍采用SnCu0.7，SnCu0.7-Ni，SnCu0.7-Si，SnAg0.3Cu0.7(SAC0307)，而在回流焊制程中，普遍采用SnAg3.0Cu0.5(SAC305)，SnAg3.8Cu0.7(SAC387)，SnAg1.0Cu0.5(SAC105)，SnAg0.3Cu0.7(SAC0307)等。以上無鉛合金雖然避免使用了傳統Sn/Pb焊料合金中的Pb，有效保護了環境和人類健康，但同時具有以下問題：①該類無鉛合金的熔點在217～227℃范圍，高出傳統Sn63Pb37的熔點35～45℃，因此在電子組裝中，波峰爐或回流爐需要設置較高的溫度，增加電子組裝的能耗。據統計，電子組裝從傳統Sn/Pb轉為無鉛制程后，綜合能耗增加了25～30％。②電子組裝溫度的提升，增大了溫度對電子元器件因過熱造成的性能以及組裝質量的不良影響。隨著電子元器件不斷往高集成度和輕薄短小方向發展，在SMT回流制程中，現有無鉛合金的回流溫度會造成元器件產生翹曲(Warpage)，從而造成非潤濕性開路(NWO：Non-WettingOpen)組裝缺陷，大大影響組裝品質和效率。

以上所述的因過熱造成的元件翹曲(Warpage)問題，在EMS工廠已成為組裝不良的主要原因。試驗表明，如果將SMT回流峰值溫度由現在Sn-Ag-Cu系無鉛合金的240～255℃降低到160～200℃，則該組裝不良可從根本上予以大幅降低甚至杜絕。

傳統錫鉍系無鉛合金，典型成分為Sn42Bi58，其熔點為138℃。該合金在電子組裝過程中，其回流溫度為160～180℃，可有效杜絕元件器的受熱翹曲，從而避免NWO問題。但是，鉍(Bi)本身是脆性金屬，使得Sn42Bi58合金也很脆，延展性低。Sn42Bi58合金在凝固過程中，Bi容易結晶成粗大不規則狀，且該合金在長期服役過程中，Bi會以顆粒的形式在Cu/Cu₃Sn界面處偏聚形成脆性鉍層，導致焊接接頭的脆性斷裂。該合金具體表現為抗機械沖擊和跌落性能差。

專利200710121380.4北京有色金屬研究總院公布了一種Sn-Bi-Cu系合金焊料，其中Bi：28～30％；Cu：0.4～0.6％；Zn：0.005～0.5％；Sn為余量；Ni：0.001～0.1％和(或)Co：0.001～0.1％。該專利引入Cu，Zn，Ni和(或)Co雖然能大幅降低焊點在冷卻過程中Bi的偏聚，但其熔點大于185℃，回流溫度需要在215℃以上，不能有效降低NWO缺陷，同時，該合金由于含有Zn，極易腐蝕和氧化，因此在焊錫膏的應用方面受到極大限制。

專利200680034253.4千住金屬工業株式會社公布了一種In-Bi系合金焊料，其中In：48～52.5％；Zn：0.01～0.4％和(或)La：0.01～0.4％；P：0.001～0.01％；Bi：余量。其熔點范圍為85～100℃，但其含50％左右In，成本極高，且該合金含有極易腐蝕和氧化的Zn，同樣在焊錫膏的應用方面受到極大限制。

因此，提供一種回流峰值溫度在200℃以下，但抗機械沖擊和跌落性能大大優于Sn42Bi58合金，且性價比高，能廣泛應用于電子波峰焊和回流焊組裝制程的低溫無鉛焊料成為本技術領域急需解決的技術問題。

發明內容：

本發明的目的是公開一種回流峰值溫度在200℃以下，但抗機械沖擊和跌落性能大大優于Sn42Bi58合金，且性價比高，能廣泛應用于電子波峰焊和回流焊組裝制程的低溫無鉛焊料。

實現本發明的技術解決方案描述如下(所述的組分是按重量百分比)：

一種Sn-Bi-In系無鉛焊料，包含有：

30％≤Bi≤60％

2％＜In≤5％，

含有微合金元素(變質劑)：

0≤Ag≤1.0％

0≤Cu≤1.0％

0≤Ni≤0.5％

0≤Co≤0.5％

0≤Mn≤0.5％

0≤Ti≤0.5％

0≤Sb≤1.0％

并含有以下抗氧元素的一種或多種：

P：0～0.5％；

Ge：0～0.5％；

Ga：0～0.5％；

還含有以下稀土元素的一種或多種：

Se：0～0.5％；