[發明專利]一種高界面結合強度的Sn-Ag-Cu無鉛焊料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811541852.6
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109848606B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 吳晶;唐欣;王斌;魯濤
• 申請（專利權）人: 中南大學;深圳市唯特偶新材料股份有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/40
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 許飛

本發明公開了一種改進的Sn?Ag?Cu無鉛焊料及其制備方法，在Sn?Ag?Cu無鉛焊料加入Zr和Ni并控制其量，Ni的加入能夠進一步促進Zr的彌散分布進一步細化焊料顯微組織；降低了熔池的表面張力，提高潤濕鋪展面積，提高焊料合金的焊接潤濕性能和抗氧化性能；抑制了焊接過程中空洞、橋連等缺陷的形成，防止焊點長期使用過程中的表面氧化，使焊點在長期使用中仍具有優良的導電導熱性能。利用兩種元素的協同作用，綜合提高了焊接潤濕性能，焊點的力學性能、高溫抗老化性能、導電導熱性能，滿足電子元器件的發展要求。

技術領域

本發明涉及一種釬焊材料及其制備方法，特別涉及一種高界面結合強度的Sn-Ag-Cu無鉛焊料及其制備方法。

背景技術

表面組裝技術(SMT)自問世以來，歷經近半個世紀的發展，不僅成為當代電路組裝技術的主流，而且正向著縱深發展，促進電子產品向小型化、輕量化、高精度和高可靠性的方向發展，使得電路中的I/O引腳增多，焊點數量增多、尺寸變小、間距越來越窄。焊點尺寸的急劇減小，對電子釬料的性能和可靠性提出了不小的挑戰。研究表明，電子器件的失效有70％是由封裝和組裝的失效所引起，其中，焊點失效是主要的原因。

電子釬料在電子互聯中具有以下作用：

(1)用做電子元器件和線路板之間的連接材料；

(2)作為元器件引腳的涂層；

(3)作為PCB上的表面涂層。

傳統的Sn-Pb焊料由于具有合適的熔化溫度，較好的綜合力學性能，導電導熱性能也滿足要求，且成本低廉，在電子行業中一直處于主導地位。隨著近年來鉛對人體及環境的巨大危害越來越受到人們的重視，鉛污染問題逐漸提到議事日程上來。電子產品的無鉛化已成為不可阻擋的趨勢，傳統的Sn-Pb焊料必將逐漸退出市場。

目前，被國際廣泛接受的最有可能取代傳統Sn-Pb焊料的是高銀Sn-Ag-Cu無鉛焊料合金系，正在世界范圍內推廣。高銀Sn-Ag-Cu焊料合金具有優良的可焊性和綜合力學性能而成為各種無鉛焊接工藝中的首選焊料。但其在某些方面還存在不足：

(1)合金成分不是標準的共晶合金成分，容易生成先共晶相，組織粗大，惡化力學性能；

(2)合金焊接潤濕性能稍有下降，容易出現橋連、空洞等焊接缺陷；

(3)抗氧化腐蝕性能不高，在焊接過程中，焊料和焊盤容易氧化，導致焊料很難與焊盤之間形成牢固的冶金結合，使焊點導電性下降。同時，焊點服役過程中也存在表面氧化風險；

(4)焊點服役過程中，焊料與基板界面處具有本征脆性的金屬間化合物過度生長，焊點在受到震動、機械沖擊等條件時沿此界面開裂，導致焊點失效。

CN102642097A公開了一種低銀無鉛釬料合金，各組份按質量百分比計：Ag為0.5-0.8％，Cu：為0.5-0.7％，Bi為1.5-2.5％，Dy為0.05-0.5％，Ni為0.04-0.08％，余量為Sn。本發明的釬料合金1)在不改變釬焊工藝及增加釬劑活性的條件下，可得到和共晶及近共晶Sn-Ag-Cu無鉛釬料相近的焊點質量；2)在不改變熔化溫度的前提下，通過調整Bi和Dy的比例，可得不同力學性能的釬料合金，滿足焊點不同服役條件的需要；3)通過微量Ni的加入，可降低焊點界面金屬間化合物的生長速率及基板Cu的溶解速率，提高焊點服役可靠性；4)由于大大降低了Ag含量，使材料成本大大降低。

CN102248319A公開了一種低銀Sn-Ag-Cu系無鉛釬料由Ag、Cu、Mn、Ni、In、P、Y和Sn制成。本發明的低銀Sn-Ag-Cu系無鉛釬料在Cu基板上的潤濕角為10°～15°，所得BGA焊點抗剪強度為62～74MPa，在空氣中相同暴露面積下，260℃保持180min后，表面氧化膜生成量較Sn-3.5Ag-0.7Cu減少了15％～25％，同時因降低釬料中的銀含量而降低了釬料的生產成本。應用于無鉛釬焊技術領域。