[發明專利]用于焊接的低溫高可靠性錫合金

在審

• 申請號: 201580046808.6
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN106660153A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: P·喬杜里;M·德阿維拉里巴斯;S·穆克赫爾吉;S·薩卡爾;R·潘德爾;R·巴特卡爾;B·辛格
• 申請（專利權）人: 阿爾法裝配解決方案公司
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/002;B23K1/005;B23K1/08;B23K35/00;B23K35/14;B23K35/26;C22C13/00;C22C13/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 譚冀

本發明整體上涉及冶金領域并且涉及合金，并且特別是無鉛且無銻的焊料合金。該合金特別地但是不唯一地適合用于電子焊接應用例如波峰焊、表面安裝技術、熱空氣平整(leveling)和球柵陣列、平面柵格陣列、底部終端封裝、LED和芯片級封裝。

波峰焊(或流動焊接)是批量焊接電子組件的廣泛使用的方法。可以使用它例如用于通孔電路板，其中使該板在熔融焊料波上方通過，該波拍打該板的底部以潤濕待接合的金屬表面。另一種焊接技術包括在印刷電路板上的焊接區上印刷焊料膏然后放置并使整個組件經過回流爐。在回流工藝過程中，該焊料熔化并且潤濕元件以及板上的焊接表面。另一種焊接工藝包括將印刷的接線板浸漬至熔融焊料中以便用可焊接的保護層涂覆銅終端。這種工藝稱為熱空氣平整。典型地用焊料球在兩個基材之間組裝球柵陣列接頭或芯片級封裝。使用這些接頭的陣列來將芯片安裝至電路板上。

隨著無鉛焊接材料的使用變得普遍，由于環境指令或者來自最終使用者的壓力，對于這樣的材料的應用范圍也變得普遍。高Ag焊料合金(例如SnAg3.0Cu0.5)具有優異的機械性質和良好的熱可靠性的優勢。然而，這樣的合金的熔點是約217-221℃。這種較高的熔點要求約240-250℃的回流溫度，其在某些情況下對印刷電路板(PCB)和電子元件可為有害的。

存在對于具有比常規的高銀合金的熔點低的熔點但是有相似的或更有利的機械性質和熱性質的無鉛焊料合金的需求。

本發明旨在解決至少一些與現有技術有關的問題或提供商業可接受的替代。

因此，在第一方面，本發明提供無鉛無銻的焊料合金，其包含：

(a)從1至4重量％銀

(b)從0.5至6重量％鉍

(c)從3.55％至15重量％銦

(d)3重量％或更少的銅

(e)任選地下列元素中的一種或多種：

0至1重量％鎳

0至1重量％的鈦

0至1重量％錳

0至1重量％的稀土，例如鈰

0至1重量％的鉻

0至1重量％鍺

0至1重量％的鎵

0至1重量％的鈷

0至1重量％的鐵

0至1重量％的鋁

0至1重量％的磷

0至1重量％的金

0至1重量％的碲

0至1重量％的硒

0至1重量％的鈣

0至1重量％的釩

0至1重量％的鉬

0至1重量％的鉑

0至1重量％的鎂

(f)余量為錫連同任何不可避免的雜質。

現在將進一步描述本發明。在下列段落中更詳細地限定本發明的不同方面。除非明確相反地指出，可以將如此限定的每個方面與任何其他一個或多個方面組合。特別地，作為優選的或有利的而指出的任何特征可以與作為優選的或有利的而指出的任何其他一個或多個特征組合。

這里使用的術語“焊料合金”涵蓋熔點在從90至400℃的范圍內的易熔金屬合金。

這里描述的合金展現改進的高溫可靠性并且能夠承受住典型地至少125℃的操作溫度。

該合金具有相對低的熔點，更具體是低液相線溫度，典型地215℃或更低、更典型地小于210℃、甚至更典型地小于205℃的液相線溫度。這使得能夠在低溫回流工藝(例如在從210至230℃下的回流工藝)中使用該合金。與常規的回流工藝相比，這樣的低溫回流工藝可以較少可能導致對焊料元件的損壞。

該合金可以有利地在單個板上采用多個回流工藝的焊接方法中使用。例如在第一回流工藝中，使用標準合金(例如SnAg3.0Cu0.5)可將能夠忍受較高回流溫度的全部電子元件焊接至板。在第二回流工藝中，可使用本發明的合金來加工溫度敏感元件。

該合金可以展現改進的機械性質和機械可靠性。該機械性質、機械可靠性和熱可靠性可以與常規的高銀焊料合金例如SnAg3.0Cu0.5的機械性質、機械可靠性和熱可靠性相似或更有利。

該合金可以展現改進的熱沖擊性能。例如，該合金經受得住在每個溫度下10分鐘的停留時間的從-40℃至+125℃的超過2000次循環的IPC-9701熱循環試驗。

該合金是無鉛的且無銻的，其意味著沒有有意地添加鉛或銻。因此，鉛和銻的含量為零或處于不大于偶存雜質水平。