[發明專利]一種無鉛環保焊料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201811367223.6
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109434317B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 王志剛;張富文;賀會軍;胡強;安寧;徐蕾;劉希學;趙新明;朱學新;林剛;李志剛;祝志華;盧彩濤;張品
• 申請（專利權）人: 北京康普錫威科技有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本申請提供了一種無鉛環保焊料及其制備方法和用途。所述焊料的成分按重量百分比計包括：Ag1.0?4.0％，Bi1.5?5.5％，Co0.01?0.7％，B0.001?0.05％，其余為Sn及不可避免的雜質。上述焊料的制備方法包括中間合金的制備以及Sn?Ag?Bi?Co?B系焊料合金錠坯的制備。采用上述方法制備的焊料不含鉛和銻，溫度循環特性優異，抗沖擊性好，能夠降低電遷移，且有效避免多元合金的成分偏析和組織粗大化，將其用于車載電子器件中提升了釬焊界面的可靠性，從而解決了現有技術中車載電子器件用無鉛焊料存在的多元合金成分偏析和元素偏聚、抗溫度循環能力及耐外力沖擊能力差、電遷移現象的技術問題。

技術領域

本發明涉及釬焊材料領域，具體涉及一種無鉛環保焊料及其制備方法和用途。

背景技術

近年，新能源汽車(混合動力汽車、電動汽車)蓬勃發展，特別是汽車的智能化發展迅猛，可以預期汽車將同智能家居和移動終端一樣，成為人們生活中不可或缺的電子產品。汽車中的機械部件正在向電子部件更迭推進，然而汽車作為交通運輸的基本功能仍然存在，其使用的內外部嚴酷的環境也不會改變，并且相對的有限空間和輕量化對車載電子的小型化需求迫切，其組裝焊點越來越小，因而單位焊點所承載的力學、電學和熱學負荷成倍增加，這無疑對車載用焊料的可靠性提出更高要求。

當前應用較多的無鉛焊料，以Sn-3.0Ag-0.5Cu為例，Cu基體在熔融焊料中的溶解和擴散較快，增大了焊點和基體間界面上形成金屬間化合物(IMC)的速率，并且在后續使用中在溫度作用下會因原子的擴散導致IMC長大過快，而焊點的破壞主要是焊料基體與界面處富Cu的IMC脆性斷裂的結果。界面板層狀分布的粗大金屬間化合物脆性較大，會降低界面的力學完整性，使得界面弱化并引起焊點在金屬間化合物與焊料邊界上萌生損傷和最終破壞。因而該類焊料即便用于車載電子器件中也僅能夠滿足應用于離發動機較遠的部位和非控制型的車載娛樂系統中，而在控制電路部分，特別是設置在發動機附近用以控制發動機工作(被稱為ECU)的車載電子電路裝置必須能夠經長時間以穩定無故障的狀態運行，并且從使用溫度角度，這種設置發動機附近的車載電子電路使用環境最為嚴酷，在發動機工作時達到125℃以上的高溫環境，而發動機熄火后達到外部環境溫度，因此，要求這種焊料能夠確保在-40℃以下～+125℃以上的長時間冷熱循環負載的可靠性。實際上車載IC工作溫度與環境溫度之間的還存在一個耗散溫度差，典型的變化范圍在15-25℃，這就意味著車載電子器件的最大工作溫度在140-150℃。而排氣系統附近的環境溫度甚至可達175℃以上，配置在該區域的IC(集成電路)相應節溫更高，通常峰值溫度條件常常出現在車輛的有效生命周期剩下不到10％的期間，對于在最大工作環境溫度方面執行1000小時慣例壽命測試(的結果)接近完好。因此更為嚴苛的測試應為-55℃～+150℃的1000次循環、高溫恒溫時效1000h后，具有規定的結合強度。

另一方面，隨著高密度封/組裝技術的發展電流密度越來越大，電遷移現象不容忽視，特別是作為車載電子產品。IC中的電子通過與之直接接觸的PCB銅箔傳導，大多數電流產生的熱通過焊料傳導，而焊料的電阻率一般為純銅電阻率的8-20倍，電遷移來自傳導電子和擴散金屬原子之間的動量交換，且對平均故障時間有直接影響，因此電遷移導致的失效隱患更應嚴格避免。