本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种锡铋系无铅焊料及其制备方法。
背景技术：
Sn-Pb焊料在电子工业的应用已有相当长的时间，由于它具有较低的熔点、较高的性价比以及易获得性，使其成为最主要的低温焊料体系，被广泛用于有色金属、食品容器、建筑、机械以及管道装置的焊接等领域。然而，随着信息时代的到来，电子产品层出不穷，这些电子产品在造福人类的同时，其所含有的铅也日益污染生态环境和人类的身体健康。我国政府也及时制定了《电子信息产品生产污染防治管理办法》，并于2006年7月开始执行。
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。使对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤，导致平面基板弯曲变形，增强其损坏的可能性。这就意味着采用Sn-Ag-Cu无铅焊料对焊接设备、焊接工艺、电子元件及基板材料的耐温性能等一系列工程提出了严峻的挑战。
Sn-Bi系焊料的共晶熔点非常低，仅为139℃，低于传统Sn-37Pb焊料合金(183℃)，低熔点使其在分级封装的外层和靠近对温度敏感的内层具有非常大的优势，而且表面组装后在100℃的温度循环试验中也表现出优异的特性。由于SnBi共晶焊料的耐热疲劳及延展性较差，使其焊接可靠性不足且加工线材困难，限制了其进一步的推广及应用。北京有色金属研究总院公布的偏晶合金焊料——无银Sn-Bi-Cu无铅焊料(CN200610089257.4)在很大程度上抑制了焊接凝固过程中Bi元素的偏析，但是其焊接界面处仍不可避免的会形成富Bi层薄弱带，导致焊点可靠性变差(开裂趋势较大)。
因此，细化焊料组织、提高焊料延伸率成为SnBi焊料研究亟待解决的关键问题。
技术实现要素：
本发明提出一种锡铋系无铅焊料，该焊料合金不仅具有很低的熔点，而且具有良好的润湿铺展性能、抗氧化与抗腐蚀性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锡铋系无铅焊料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋24～28％、CeO2纳米颗粒2.0～3.0％、银0.1～0.6％与抗氧化元素0.01～0.06％，余量为锡。
较优选地，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋26％、CeO2纳米颗粒2.4％、银0.3％与抗氧化元素0.04％，余量为锡。
进一步，所述CeO2纳米颗粒的粒径为10～50nm。。
进一步，所述抗氧化元素为P或者Ge。
本发明的另一个目的是提供一种锡铋系无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照配比称取铋粉、银粉、抗氧化元素粉、CeO2纳米颗粒与锡粉，并将它们混合成初始粉末；
2)将球磨罐中加入适量的乙醚和硬脂酸，然后将初始粉末加入其中，再将球磨罐安装好，然后将球磨罐抽真空然后向其通入惰性气体，在转速为300～600r/min的条件下球磨40～120h；
3)将球磨后的合金粉体取出晾干，使乙醚和硬脂酸充分挥发，即得锡铋系无铅焊料。
进一步，步骤2)中初磨球与初始粉末的质量比为20～40:1。
进一步，所述硬脂酸的添加量为每克初始粉末加入4～6mL混合液。
进一步，所述通入惰性气体的气流速度为0.5～1.5mL/min，所述惰性气体为氩气。
本发明的有益效果：
1、本发明通添加CeO2纳米颗粒起到弥散强化的作用，提高了焊接接头中焊料部分的抗剪切性能，解决了焊点可靠性变差(开裂趋势较大)的问题。
2、本发明将Bi的含量控制在24～28％，从而既能够达到降低焊料温度的效果，又能够保证焊料的剪切强度性能。同时降低Ag的使用量，为了克服银使用量降低带来其他力学性能方面不理想的问题，本发明通过添加CeO2纳米颗粒与抗氧化元素配合解决上述问题。焊料合金共晶温度在142℃～150℃左右，使焊料的润湿性变得更好。
3、本发明通过将球磨罐球磨方法获得的锡铋系无铅焊料，可以实现非纳米级材料低熔点温度下的芯片键合，同时具有很好的润湿铺展性以及抗剪切性能。剪切强度为35～40MPa。
具体实施方式
实施例1
一种锡铋系无铅焊料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋26％、CeO2纳米颗粒2.4％、银0.3％与P 0.04％，余量为锡。CeO2纳米颗粒的粒径为50nm。
制备方法：
1)按照配比称取铋粉、银粉、P、CeO2纳米颗粒与锡粉，并将它们混合成初始粉末；
2)将球磨罐中加入适量的乙醚和硬脂酸，然后将初始粉末加入其中，再将球磨罐安装好，然后将球磨罐抽真空然后向其通入惰性气体，在转速为300r/min的条件下球磨120h；
3)将球磨后的合金粉体取出晾干，使乙醚和硬脂酸充分挥发，即得锡铋系无铅焊料。
实施例2
一种锡铋系无铅焊料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋27％、CeO2纳米颗粒2.6％、银0.4％与Ge 0.03％，余量为锡。CeO2纳米颗粒的粒径为10nm。
制备方法：
1)按照配比称取铋粉、银粉、Ge、CeO2纳米颗粒与锡粉，并将它们混合成初始粉末；
2)将球磨罐中加入适量的乙醚和硬脂酸，然后将初始粉末加入其中，再将球磨罐安装好，然后将球磨罐抽真空然后向其通入惰性气体，在转速为400r/min的条件下球磨100h；
3)将球磨后的合金粉体取出晾干，使乙醚和硬脂酸充分挥发，即得锡铋系无铅焊料。
实施例3
一种锡铋系无铅焊料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋24％、CeO2纳米颗粒3.0％、银0.6％与Ge 0.06％，余量为锡。CeO2纳米颗粒的粒径为10nm。
本实施例中的低熔点无铅焊料的制备方法同实施例2中所述的方法一致，区别仅在于无铅焊料合金各成分的重量百分数按照本实施例中比例称取。
实施例4
一种锡铋系无铅焊料，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋28％、CeO2纳米颗粒2.0％、银0.1％与P 0.01％，余量为锡。CeO2纳米颗粒的粒径为10nm。
制备方法：
1)按照配比称取铋粉、银粉、P、CeO2纳米颗粒与锡粉，并将它们混合成初始粉末；
2)将球磨罐中加入适量的乙醚和硬脂酸，然后将初始粉末加入其中，再将球磨罐安装好，然后将球磨罐抽真空然后向其通入惰性气体，在转速为600r/min的条件下球磨40h；
3)将球磨后的合金粉体取出晾干，使乙醚和硬脂酸充分挥发，即得锡铋系无铅焊料。
随机选取上述实施例中得到的锡铋系无铅焊料，对其液相线温度、固相线温度、剪切强度和铺展面积的性能进行测试，具体测试结果见以下表1。
表1实施例1-4锡铋系无铅焊料性能检测结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。