[發明專利]SnBi和SnIn焊錫合金

在審

• 申請號: 201980056600.0
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN112638574A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: F·M·穆圖克;李寧成;張宏聞
• 申請（專利權）人: 銦泰公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;B23K35/02;C22C13/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 董志勇

本公開內容的一些實施涉及低熔化溫度(例如，液相線溫度低于210℃)SnBi或SnIn焊錫合金。SnBi焊錫合金可以由下述組成：2至60wt％的Bi；任選地，下述的一種或多種：多至16wt％的In、多至4.5wt％的Ag、多至2wt％的Cu、多至12wt％的Sb、多至2.5wt％的Zn、多至1.5wt％的Ni、多至1.5wt％的Co、多至1.5wt％的Ge、多至1.5wt％的P和多至1.5wt％的Mn；和剩余的Sn。SnIn焊錫合金可以由下述組成：8至20wt％的In；任選地，下述的一種或多種：多至12wt％的Bi、多至4wt％的Ag、多至5wt％的Sb、多至3wt％的Cu、多至2.5wt％的Zn、多至1.5wt％的Ni、多至1.5wt％的Co、多至1.5wt％的Ge、多至1.5wt％的P和多至1.5wt％的Mn；和剩余的Sn。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年8月31日提交的標題為“高抗疲勞性和抗沖擊性低熔化溫度無鉛焊錫合金”(HIGH FATIGUE RESISTANCE AND SHOCK RESISTANCE LOW MELTINGTEMPERATURE LEAD-FREE SOLDER ALLOY)的美國臨時申請號62/726,181的優先權，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開內容一般地涉及無鉛焊錫合金。

背景技術

處置電子組件而生成的鉛(Pb)被認為對環境和人類健康有害。法規越來越禁止在電子互連和電子包裝行業中使用基于Pb的焊錫。2006年7月1日發布的限制危害物質指令(RoHS)已使得成功地用無鉛SnAgCu(SAC)焊錫合金替代了SnPb焊錫合金用于微電子互連，特別是在智能手機、筆記本電腦和許多其他電子產品中。

盡管在一些SAC焊錫合金(例如SAC305)中已經證明了性能和期望特性的一致的追蹤記錄，但是SAC焊錫合金由于其高熔化溫度(例如高于215℃)——該熔化溫度高于其取代的SnPb焊錫合金的熔化溫度——而具有缺點。SAC焊錫合金的高熔化溫度可能是在焊錫用于涉及熱敏零件的應用中時的主要缺點，所述熱敏零件例如LED、光電子、電容器、保險絲、MEMS設備等。

SAC合金的高熔化溫度也可能對分步焊接造成挑戰，其中先前的焊接接頭(無鉛焊錫)將不被熔化。另外，SAC焊錫合金的高熔化溫度要求在焊接期間具有更高的回流溫度，這會使部件和印刷電路板(PCB)容易發生熱翹曲。PCB和部件的熱翹曲可能會損害所形成的焊點(solder joint)的完整性，從而影響其性能。PCB、基板和部件的熱翹曲還可能導致多種焊錫缺陷，例如枕頭效應(H.i.P)和虛焊(non-wet open)等。而諸如HIP缺陷的問題可以通過調整焊錫的量來解決，PCB、基板和部件的翹曲主要是通過降低回流加工溫度和縮短液相線溫度以上的時間來解決。例如，通過將峰值回流溫度從250℃降低到190℃，可以將固有的板至封裝(board-to-package)翹曲降低50％以上，并且可以顯著降低生產成本和碳排放。

發明內容

本公開內容的一些實施涉及低熔化溫度SnBi或SnIn焊錫合金。焊錫合金的液相線溫度可能低于210℃。在一些實施中，焊錫合金的液相線溫度可能在140℃和200℃之間。

在一個實施方式中，SnBi焊錫合金由下述組成：2至60wt％的Bi；任選地，下述的一種或多種：多至16wt％的In、多至4.5wt％的Ag、多至2wt％的Cu、多至12wt％的Sb、多至2.5wt％的Zn、多至1.5wt％的Ni、多至1.5wt％的Co、多至1.5wt％的Ge、多至1.5wt％的P和多至1.5wt％的Mn；和剩余的Sn，其中焊錫合金的液相線溫度低于210℃。在一些實施中，SnBi焊錫合金在室溫下的屈服強度在50和80MPa之間。在一些實施中，SnBi焊錫合金在室溫下的拉伸強度在70和110MPa之間。在一些實施中，SnBi焊錫合金在室溫下的拉伸強度在70和100MPa之間。