[發明專利]一種錫銀合金焊料及其制備工藝

在審

• 申請號: 201710425617.1
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107097015A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 徐振五
• 申請（專利權）人: 廊坊邦壯電子材料有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種錫合金焊料，特別涉及一種錫銀合金焊料及其制備工藝。

背景技術

焊料合金是由兩種或兩種以上的金屬元素組成的具有一般金屬特征的合金材料。目前，常用的焊料合金多為以錫作為主體，加入其他金屬元素后形成的二元合金或者多元合金，因其具有優良的抗腐蝕性和可焊性，可作為電子器件、線材、印刷線路板和集成電路板的保護層和可焊性鍍層而在電子工業中廣泛應用。

傳統的焊料合金多采用錫-鉛合金，鉛金屬成本較低，潤濕性較好，而且含鉛37％的錫-鉛合金熔點相對較低，183℃即可熔化，焊接溫度低于230℃，因而錫-鉛合金在過去焊接技術中得到廣泛應用。近年來，隨著人們對鉛金屬劇毒性認識的加深以及國內外關于禁用或者限用鉛焊料的政策法規的出臺，無鉛焊料的開發和推廣將成為發展趨勢，其中錫-銀合金焊料是研究時間最早、應用最廣的無鉛焊料之一。

在電子焊接技術中，焊料合金與被焊基材、芯片、鍍層等整個被焊組件各部位的膨脹系數應該盡量匹配，若熱膨脹系數相差過大，容易在焊接過程或者在產品使用過程中，在焊接界面產生較大的熱應力，從而降低焊點的可靠性和使用壽命。熱膨脹系數是物質在熱脹冷縮效應作用下，幾何特征隨著溫度的變化而發生變化的規律性系數。

目前使用的錫銀合金中，錫鉛合金和錫銀合金的熱膨脹系數分別為25和30，而銅的熱膨脹系數為17，錫銀合金與銅的熱膨脹系數的差值大于錫鉛合金與銅的熱膨脹系數，當用錫銀合金來取代錫鉛合金時，產品經過長期的熱脹冷縮，金屬銀容易破壞芯片的結構，造成短路，導致二極管的使用壽命縮短。

發明內容

本發明的目的是提供一種錫銀合金焊料及制備工藝，可以降低錫銀合金的熱膨脹系數，減少錫銀合金與二極管被焊組件之間的熱膨脹系數之間的差值，改善產品發生短路的情況，提高二極管使用壽命。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種錫銀合金焊料，包括以下重量份的原料：97份-99份的錫金屬和重量分數占1份-3份的銀金屬，所形成的錫銀合金焊料中，銀金屬的平均粒徑小于50微米且均勻分布于錫金屬。

通過上述技術方案，現有工藝生產的錫銀合金焊料常常因銀顆粒分布不均，且平均粒徑大于50微米，造成銀的熱膨脹系數與芯片的熱膨脹系數相差太大，當用于二極管時，產品經過長時間的熱脹冷縮，銀離子會破壞芯片的結構，造成短路，導致二極管的使用壽命縮短。本發明通過改良制備工藝將銀金屬的平均粒徑降低至50微米以下，并且使銀金屬均勻分布于錫金屬中，使得銀的熱膨脹系數降低，而降低銀的熱膨脹系數可以使錫銀合金的熱膨脹系數降低，從而減少錫銀合金與二極管被焊組件之間的熱膨脹系數之間的差值，改善產品發生短路的情況，提高二極管使用壽命；而且傳統的錫銀合金中含錫銀的重量百分比為96.5:3.5或者96.1:3.9，形成的焊料熔點接近220℃，焊接溫度接近390℃，過高的焊接溫度會導致對元器件、印制板、加工設備中其他材料的耐溫等級相應提高，不僅提高了成本而且某些材料溫度升高后其機械性能會急劇降低，當錫銀合金中銀含量低于1％時錫銀合金的屈服強度和拉伸強度降低，本發明中通過降低錫銀合金中金屬銀的含量至1％-3％之間，不僅能夠保證錫銀合金焊料中具有較高的強度，而且能夠降低錫銀二元合金的熔點和焊接溫度，提高焊料的可焊性，同時降低金屬銀的含量有利于減少較大顆粒的錫化銀的形成，提高合金的抗疲勞壽命。

進一步的，還包括0.01份-0.1份的增潤性金屬，所述增潤性金屬為鉍金屬、鑭金屬、銪金屬、釓金屬或者鈰金屬中的一種或者兩種。

通過上述技術方案，焊料合金的潤濕性對焊料在被焊組件表面潤濕、鋪展以及對形成牢固可靠的焊接界面具有重要意義，而實際研究過程中，無鉛焊料合金的潤濕性大多不如錫鉛合金，易產生空洞、移位等焊接缺陷，降低焊接質量，鑭金屬、銪金屬、釓金屬或者鈰金屬中均為稀土金屬，具有較大的半徑，和較強的親氧性，通過加入0.01份-0.1份的鑭金屬或者鈰金屬，能夠與氧氣結合，減少焊料、被焊銅組件與氧氣的接觸，使得在焊料與被焊銅組之間形成氧化膜的幾率大大降低，降低焊料與被焊銅組之間，因此，能夠有效地改善錫銀合金的潤濕性，縮短潤濕時間。鉍金屬不僅能夠提高錫銀合金的潤濕鋪展性，而且能夠降低焊料的熔點和焊接溫度，便于焊接。

進一步的，所述錫金屬采用99.99的錫錠，所述銀金屬采用99.99的銀錠。

通過上述技術方案，采用99.99純度的錫錠和99.99純度的銀錠，可以形成表面光澤度亮的焊料，而且熔化后流動性好，可焊性良好。