[發明專利]一種低熔點Sn-Zn-Bi-Mg系無鉛焊料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710004538.3
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106825979B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 王見;管躍;黃珂;何曉蕾;章曉波;饒偉鋒
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明提供一種低熔點Sn?Zn?Bi?Mg系無鉛焊料及其制備方法。所述焊料，其合金成分包括低含量的鋅、鉍、鎂等微量元素，余量為錫。所述制備方法包括以下步驟：1)將鋅、鉍、鎂和錫原料真空封裝，真空度在5Pa以下，然后沖入氬氣；2)將上述封裝好的鋅、鉍、鎂和錫原料放入反應爐中熔煉熱處理，熱處理溫度為400～600℃，保溫時間至少24h以上，冰水淬火，再真空封裝后在100～150℃下退火，即得到Sn?Zn?Bi?Mg系無鉛焊料。與含有貴金屬Ag、Cu的SnAgCu系無鉛焊接材料相比，本發明研制的焊料成本低廉，熔點低等優點。

技術領域

本發明涉及一種無鉛焊接材料，具體為一種低熔點Sn-Zn-Bi-Mg系無鉛焊料及其制備方法。

背景技術

電子行業的主要封裝材料是錫鉛合金，近年來隨著人們環保意識的增強和對自身健康的關注，鉛污染越來越受到重視。20世紀90年代，西方發達國家及日本率先開始了無鉛焊料的研制，各國相繼制定了限制鉛產品的使用法令，電子封裝行業對于無鉛焊接提出了更高的要求。目前無鉛焊料的研究和開發已經取得了很大的進展，有些已投入實際生產，但絕大多數無鉛焊料都存在許多弱點，研制出性能接近錫鉛合金的無鉛焊料成為一個重要研究熱點。

現今，在電子封裝工藝中，使用的焊接材料依然是傳統的Sn-Pb焊接材料(熔點為183℃)以及無鉛的Sn-3wt％Ag-0.5wt％Cu(熔點217℃)焊接材料。然而出于對環境保護的考慮，錫鉛焊料的使用受到了很多的限制。雖然無鉛焊料無毒無害的特點符合環保行業的要求，其不足是：熔點比較高，應用最為廣泛的SnAgCu系無鉛的焊料的熔點約為217℃，比傳統錫鉛焊料高出近30℃，大大縮小了電子產品加工時的工藝窗口，對于耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷，容易導致平面基板彎曲變形；而且無鉛焊料含有貴金屬元素導致價格偏高，當電子行業時使用無鉛焊料封裝時，成本也會增加。所以，研制出焊接性能良好、價格優異的無鉛焊料是焊接材料研究的熱點方向。

發明內容

日本及歐盟給出了目前在幾種不同焊接工藝中可替代錫鉛焊料的最佳無鉛焊料。

Sn-Ag-Cu系，熔點比一般的錫鉛材料高，含有貴金屬，成本比較高；

Sn-Cu系，熔點較高；

Sn-Ag-In-Bi系，In金屬太貴，成本要求高；

Sn-Zn(-Bi)系，也是本發明屬于的類別，Sn-Zn系焊料的熔點大致在198℃，原材料價格便宜，而且資源豐富，連接強度高，溶化溫度區間(固相線和液相線的溫度差)窄；本發明在Sn-Zn(-Bi)系的基礎上又作出了改進，使得焊料的熔點更低，成本價格跟低廉，并繼承了Sn-Zn(-Bi)系所有優異的機械性能。

本發明的目的在于提供一種無鉛焊接材料及其制備方法，涉及一種金屬合金，尤其是涉及一種適用于電子封裝行業的低熔點Sn-Zn-Bi-Mg系無鉛焊料及其制備方法。提供一種熔點約為184℃，原料成本低，制備工藝簡單，周期短，可代替傳統的SnPb焊料合金的無鉛焊接材料及其制備方法。

本發明的技術方案是：

一種低熔點Sn-Zn-Bi-Mg系無鉛焊料，其合金成分包括低含量的鋅、鉍、鎂等微量元素，余量為錫。

本發明所述的無鉛焊接材料的組成及其質量百分比含量優選為：鋅為6.83％、鉍為2.61％、鎂為0.42％，其余為錫。

本發明所述的無鉛焊接材料的組成及其質量百分比含量優選為：鋅為7.94％、鉍為1.18％、鎂為0.42％，其余為錫。

本發明所述的Sn-Zn-Bi-Mg系無鉛焊料的制備方法包括以下步驟：

1)將鋅、鉍、鎂和錫原料真空封裝，真空度在5Pa以下，然后沖入氬氣；