[發(fā)明專利]一種無鉛環(huán)保焊料及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811367223.6
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN109434317B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志剛;張富文;賀會(huì)軍;胡強(qiáng);安寧;徐蕾;劉希學(xué);趙新明;朱學(xué)新;林剛;李志剛;祝志華;盧彩濤;張品
• 申請（專利權(quán)）人: 北京康普錫威科技有限公司
• 主分類號(hào): B23K35/26
• 分類號(hào): B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本申請?zhí)峁┝艘环N無鉛環(huán)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(jì)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(zhì)。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(huán)特性優(yōu)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(xiàn)有技術(shù)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(huán)能力及耐外力沖擊能力差、電遷移現(xiàn)象的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及釬焊材料領(lǐng)域，具體涉及一種無鉛環(huán)保焊料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

近年，新能源汽車(混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車)蓬勃發(fā)展，特別是汽車的智能化發(fā)展迅猛，可以預(yù)期汽車將同智能家居和移動(dòng)終端一樣，成為人們生活中不可或缺的電子產(chǎn)品。汽車中的機(jī)械部件正在向電子部件更迭推進(jìn)，然而汽車作為交通運(yùn)輸?shù)幕竟δ苋匀淮嬖冢涫褂玫膬?nèi)外部嚴(yán)酷的環(huán)境也不會(huì)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(diǎn)越來越小，因而單位焊點(diǎn)所承載的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)負(fù)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(dāng)前應(yīng)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(kuò)散較快，增大了焊點(diǎn)和基體間界面上形成金屬間化合物(IMC)的速率，并且在后續(xù)使用中在溫度作用下會(huì)因原子的擴(kuò)散導(dǎo)致IMC長大過快，而焊點(diǎn)的破壞主要是焊料基體與界面處富Cu的IMC脆性斷裂的結(jié)果。界面板層狀分布的粗大金屬間化合物脆性較大，會(huì)降低界面的力學(xué)完整性，使得界面弱化并引起焊點(diǎn)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(yīng)用于離發(fā)動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)的部位和非控制型的車載娛樂系統(tǒng)中，而在控制電路部分，特別是設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)附近用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作(被稱為ECU)的車載電子電路裝置必須能夠經(jīng)長時(shí)間以穩(wěn)定無故障的狀態(tài)運(yùn)行，并且從使用溫度角度，這種設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)附近的車載電子電路使用環(huán)境最為嚴(yán)酷，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)達(dá)到125℃以上的高溫環(huán)境，而發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后達(dá)到外部環(huán)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(shí)間冷熱循環(huán)負(fù)載的可靠性。實(shí)際上車載IC工作溫度與環(huán)境溫度之間的還存在一個(gè)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(tǒng)附近的環(huán)境溫度甚至可達(dá)175℃以上，配置在該區(qū)域的IC(集成電路)相應(yīng)節(jié)溫更高，通常峰值溫度條件常常出現(xiàn)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(huán)境溫度方面執(zhí)行1000小時(shí)慣例壽命測試(的結(jié)果)接近完好。因此更為嚴(yán)苛的測試應(yīng)為-55℃～+150℃的1000次循環(huán)、高溫恒溫時(shí)效1000h后，具有規(guī)定的結(jié)合強(qiáng)度。

另一方面，隨著高密度封/組裝技術(shù)的發(fā)展電流密度越來越大，電遷移現(xiàn)象不容忽視，特別是作為車載電子產(chǎn)品。IC中的電子通過與之直接接觸的PCB銅箔傳導(dǎo)，大多數(shù)電流產(chǎn)生的熱通過焊料傳導(dǎo)，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(dǎo)電子和擴(kuò)散金屬原子之間的動(dòng)量交換，且對平均故障時(shí)間有直接影響，因此電遷移導(dǎo)致的失效隱患更應(yīng)嚴(yán)格避免。