新型低熔点无铅焊料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型低熔点无铅焊料，该新型低熔点无铅焊料的化学成分的质量百分比为：0.3-3.5％的Ag，0.3-0.7％的Cu，0.8-6.0％的Bi，0.1-0.6％的Ni，0.01％-0.15％的稀土金属，余量是Sn。采用了本发明技术方案的新型低熔点无铅焊料，不但成本低廉，具有润湿性、焊点可靠性、铺展性、抗热冲击性等优异的性能，最为重要的是熔点较低，这样不仅能降低回流焊的难度，非常适合目前电子产品轻、薄、短、小化发展趋势，而且有利于节能减排、降低能耗。
【专利说明】新型低熔点无铅焊料
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合金焊料，尤其涉及一种适合波峰焊和回流焊的新型低熔点无铅焊 料。该焊料不含铅，熔点低，在减少焊接能量的同时，还满足高性能焊料要求的焊接性能、机 械性能、电气性能等的要求。
【背景技术】
[0002] 以往的传统焊料是锡铅系焊料，因为熔点低、可焊性能优异，且成本低廉，在以往 被大量使用。随着电子技术的迅速发展，电子产品更新换代的时间日渐缩短，从而产生大量 的电子产品废弃物。从被拆卸丢弃的电子产品中去除的印刷电路板，通常被切碎埋在地底 下。如果雨水渗入到地底，接触到被埋藏的电子线路板，锡铅焊料中的铅就会以离子状态分 离出来，进入河流、湖泊等，污染水源。如果长期饮用含有铅的水，铅就会沉积在体内，最终 导致铅中毒。因此，美国、日本、欧盟和中国先后颁布了禁铅法令，禁止电子产品中使用有铅 焊料。所以，需要大力发展不含有铅的焊料，即无铅焊料。
[0003] 当前业界比较认可的无铅焊料主要是Sn-Ag-Cu系和Sn-Bi系，尤以前者为代表。 因为Sn-Ag-Cu系合金焊料容易获得，技术问题较少，与传统焊料的相容性好，焊点的可靠 性高。但是应用Sn-Ag-Cu系合金焊料完全取代锡铅系焊料是不现实的，除去成本因素，最 主要的是Sn-Ag-Cu系焊料的熔点高于锡铅系焊料，导致焊接温度上升。
[0004] 对于波峰焊来说，管理好锡浴和反应状态，确保焊料的润湿性就可以了；但是在 回流焊中，焊料熔点上升对焊接工艺温度影响巨大。假设元器件被限制的组装温度上限是 260°C，由于Sn-Ag-Cu系共晶焊料的熔点是217°C，Sn-Pb系共晶焊料的熔点是183°C，因此 Sn-Ag-Cu系焊料的封装工艺设定比传统的Sn-Pb系焊料窄44%，意味着使用Sn-Ag-Cu系 无铅焊料合金对焊接设备、电子元器件以及基板材料的耐热性能等一系列系统化的工程提 出了挑战。随着电子产品的轻、薄、短、小化发展趋势，回流焊焊接的应用比例日益提高，使 用Sn-Ag-Cu系无铅焊料的挑战变得更加严峻。同时，无铅焊料焊接过程的高能耗会导致排 放到大气中二氧化碳浓度增加，加剧温室效应，引起一系列的环境破坏。
[0005] 综上所述，降低无铅焊料的熔点问题变得突出，新型的低熔点无铅焊料的研发需 要被提上日程。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种新型低熔点无铅焊料，解决目前无铅焊料 熔点较高，回流焊时难度较大，不适合电子产品的轻、薄、短、小化发展趋势，而且能耗较高 的问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0008] 新型低熔点无铅焊料，其特征在于，所述新型低熔点无铅焊料的化学成分的 质量百分比为：〇? 3-3. 5% 的Ag，0. 3-0. 7% 的Cu，0. 8-6. 0% 的Bi，0. 1-0. 6% 的Ni， 0. 01% -0. 15%的稀土金属，余量是Sn。
[0009] 优选的技术方案中，Ag的质量百分比是0. 5-3. 0%。
[0010] 优选的技术方案中，Cu的质量百分比是0. 4-0. 6%。
[0011] 优选的技术方案中，Bi的质量百分比是1.0-5. 0%。
[0012] 优选的技术方案中，Ni的质量百分比是0.3-0. 6%。
[0013] 优选的技术方案中，所述稀土金属为包括Re和Ce的混合稀土金属。
[0014] 进一步优选的技术方案中，所述混合稀土金属的质量百分比是0. 04-0. 1 %。
[0015] 本发明的有益效果是：
[0016] 采用了本发明技术方案的新型低熔点无铅焊料不但成本低廉，具有润湿性、焊点 可靠性、铺展性、抗热冲击性等优异的性能，最为重要的是熔点较低，这样不仅能降低回流 焊的难度，非常适合目前电子产品轻、薄、短、小化发展趋势，而且有利于节能减排、降低能 耗。
[0017] 下面对本发明作进一步的详细描述。
【具体实施方式】
[0018] 本【具体实施方式】提供的一种新型低熔点无铅焊料，其化学成分的质量百分比为： 0? 3-3. 5%的Ag，0. 3-0. 7%的Cu，0. 8-6. 0%的Bi，0. 1-0. 6%的Ni，0. 01% -0? 15%的稀土 金属，余量是Sn。
[0019] 我们发现，在Sn-Ag-CU系无铅焊料中添加元素Bi，可以降低焊料的熔点，减少表 面张力；同时，Bi的加入还减缓了Sn和Cu的反应速度，使焊料的润湿性变得更好。但是在 合金中大量的使用Bi，对合金的机械性能影响较大，易产生偏锡，使合金的界面层不稳定， 最终导致焊点的可靠性变差。因此，合金中的Bi含量不能过高，0. 8-6. 0%是一个比较合适 的比例，而优选的技术方案中，1. 0-5. 0%是一个更加合适的比例。
[0020] 此外我们还发现，在Sn-Ag-Cu系无铅焊料中添加少量的Ni及微量的Re和Ce组 成的混合稀土金属，可以改善焊料的力学性能：Ni的可塑性强，加入少量的Ni可以提高焊 料的拉伸强度；Re和Ce组成的混合稀土金属促进焊料凝固过程中的形核，使焊料组织均 匀化，达到改善焊料力学性能的要求。但是，金属中Ni含量的加入会影响Re和Ce组成的 混合稀土金属性能的发挥，因此，合金中Ni的含量为0. 1-0. 6%较为合适，而优选的含量为 0. 3-0. 6%，Re和Ce的含量为0. 01% -0. 15%较为合适，而优选的含量为0. 04-0. 1%。
[0021] 采用了本发明【具体实施方式】技术方案的新型低熔点无铅焊料不但成本低廉，具有 润湿性、焊点可靠性、铺展性、抗热冲击性等优异的性能，最为重要的是熔点较低，这样不仅 能降低回流焊的难度，非常适合目前电子产品轻、薄、短、小化发展趋势，而且有利于节能减 排、降低能耗。
[0022] 优选的技术方案中，Ag的质量百分比是0. 5-3. 0%。
[0023] 优选的技术方案中，Cu的质量百分比是0. 4-0. 6%。
[0024] 我们还对多种新型低熔点无铅焊料样品的焊接效果，通过性能检测进行评估，具 体为：
[0025] 将新型低熔点无铅焊料的各成分在300°C的熔锡炉中溶解，保温一小时，不断搅 拌，使各组分混合均匀、冷却，再测试其性能。
[0026] 本发明中焊料的组成如表1所示，表2是合金焊料的对比示例。
[0027] 表1 :焊料的合金组成及其熔点
[0028]
[0029]
【权利要求】
1. 新型低熔点无铅焊料，其特征在于，所述新型低熔点无铅焊料的化学成分的 质量百分比为：〇? 3-3. 5 % 的 Ag，0. 3-0. 7 % 的 Cu，0. 8-6. 0 % 的 Bi，0. 1-0. 6 % 的 Ni， 0. 01% -0. 15 %的稀土金属，余量是Sn。
2. 如权利要求1所述的新型低熔点无铅焊料，其特征在于，Ag的质量百分比是 0? 5-3. 0%。
3. 如权利要求1所述的新型低熔点无铅焊料，其特征在于，Cu的质量百分比是 0? 4-0. 6%。
4. 如权利要求1所述的新型低熔点无铅焊料，其特征在于，Bi的质量百分比是 1. 0-5. 0%。
5. 如权利要求1所述的新型低熔点无铅焊料，其特征在于，Ni的质量百分比是 0? 3-0. 6%。
6. 如权利要求1至5中任意一项所述的新型低熔点无铅焊料，其特征在于，所述稀土金 属为包括Re和Ce的混合稀土金属。
7. 如权利要求6所述的新型低熔点无铅焊料，其特征在于，所述混合稀土金属的质量 百分比是0. 04-0. 1%。
【文档编号】B23K35/26GK104439751SQ201410817065
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】吴建雄, 吴建新, 徐金华 申请人:深圳市亿铖达工业有限公司, 亿铖达焊锡制造（昆山）有限公司