[發明專利]一種用于微電子行業的無鉛焊料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611247766.5
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106695162A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 劉東梟
• 申請（專利權）人: 安徽華眾焊業有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙)11411
• 代理人: 鄭自群

技術領域

本發明涉及一種無鉛焊料，具體涉及一種用于用于微電子行業的無鉛焊料及其制備方法，屬于無鉛化制成新材料技術領域。

背景技術

鉛是一種有害的金屬元素，早在2003年歐盟ROHS(Restriction of Hazardous Substances，是指關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令)指令規定進入歐洲的電子信息產品不能含有鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯和多溴二苯醚，之前電子產品組裝焊接以及電子元器件制作中多采用錫鉛合金焊料。雖然我國的無鉛焊料領域起步較晚，與發達國家相比尚有差距，但是為了提高自身產品的適應能力，跟上國際市場的需求，在分析目前國內外市場常用的無鉛焊料基礎上，經過大量的試驗研究推出了一種用于制作壓敏電阻器的多元無鉛焊料，其電性能、力學性能，與壓敏電阻器半導體基材的潤濕鋪展性能和焊接強度等達到了與使用錫鉛焊料相似的效果，保證了出口到歐盟的電子產品整體實現無鉛化的要求。

錫鉛焊料歷史悠久，但隨著對鉛毒性的認知和電子工業發展對焊點的高要求，無鉛焊料已逐漸取代了傳統錫鉛焊料。低溫焊料具有20多年的應用歷史，其主要特點是能夠在183℃以下進行焊接，因此對元件的適應性強，節約能耗、降低污染排放。目前的低溫焊料主要有Sn-Bi系和Sn-In系兩種，由于In是一種稀缺昂貴金屬，使得Sn-In焊料應用受限，因此二元合金Sn-Bi(尤其SnBi58)常被使用在低溫焊接需求的場合。Sn-Bi系焊料在較寬的溫度范圍內與Sn-Pb有相同的彈性模量，并且Bi的很多物理化學特性與Pb相似，Bi的使用可以降低熔點、減少表面張力，Bi的加入降低了Sn與Cu的反應速度，所以有較好的潤濕性；此外Sn-Bi系焊料含有較低的Sn含量，從而降低了高錫風險(如錫須)。但鉍也帶來其他的問題，包括其成分對合金機械特性的影響變化較大，容易產生低熔點問題(偏錫后會形成低熔點共晶)，界面層不穩定導致可靠性較差，特別是Sn-Bi焊料在偏離共晶成分時由于熔程較大，在凝固過程中易出現枝晶偏析和組織粗大化，加之應力不平衡導致易剝離危害，以及自然供應不多、儲量有限等，這使得Sn-Bi系焊料的研究和使用一直低靡。

發明內容

本發明提供一種用于微電子行業的無鉛焊料及其制備方法，解決現有的Sn-Bi焊料由于界面層不穩定導致可靠性差及易剝離的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種用于微電子行業的無鉛焊料按重量百分比計由以下組分組成：Bi16～18％、Cu0.3～0.8％、Fe0.1～0.3％、Zn0.1～0.3％、Sb0.1～0.3％、余量為Sn。

其中，優選地，一種用于微電子行業的無鉛焊料，按重量百分比計由以下組分組成：Bi17～18％、Cu0.4～0.6％、Fe0.1～0.3％、Zn0.1～0.3％、Sb0.1～0.3％、余量為Sn。

一種用于微電子行業的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Cu，置于真空熔煉爐中，制備SnBiCu中間合金；

(2)將已制備的SnBiCu中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiCu中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至200～350℃，保溫10～20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據工藝要求進一步加工成絲、條、片狀產品。

本發明在Sn-Bi亞共晶合金基礎上添加Cu元素，使焊料基體中原位反應形成細小彌散的Cu6Sn5金屬間化合物，從而提高了焊點的結合性能和使用可靠性，并且發現由于Sn-Bi-Cu焊料中減少了電阻率高的Bi元素含量，大幅提高了焊料的導電、導熱性，這可以有效緩解焊點在使用過程中發熱疲勞失效問題。

在Sn-Bi共晶合金中加入Fe粒子彌散相，細化和穩定了微觀結構，增強了合金的抗蠕變性能。

本發明制備的無鉛焊料主要應用于低溫焊接工藝(高頻頭、防雷元件、柔性板、多層電路板焊接等焊接)和無鉛電子產品組裝焊接等。

本發明的無鉛焊料熔點為156～165℃，滿足了微電子行業各元器件對焊接溫度的要求。并且，與微電子行業各種不同性能的半導體材料潤濕鋪展性好，結合力強，延展性好，0.2％屈伸強度達到70MPa以上，抗拉強度達到80MPa以上，延伸率20％以上焊接面無麻點無氣泡，平整光亮，高溫焊接不變色，抗蝕性優良。

具體實施方式