专利名称：一种无铅焊料的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接所用焊料领域，涉及一种焊接材料，更具体地说是一种微电子封装用无铅焊料。
背景技术：
目前，用于微电子封装用典型焊料是Sn-H3合金，具有成本低廉、导电性好、力学焊接性能优良等特点。但铅和铅的化合物为有毒有害物质，焊料在生产和使用过程中危害人体健康，容易致癌，焊接废弃物也会严重污染环境。伴随环保意识的增强，欧盟WEEE、RoHS 等禁铅法令相继实施。我国的《电子信息产品污染防治管理办法》也规定自2006年7月1 日起实行焊料无铅化，严格的禁铅条例带来了封装业对于无铅焊料的更高要求。目前主流产品是SnAgCu和SnCu两大类，占有无铅市场份额的80%以上。SnAgCu 焊料的优点是合金中弥散分布有微细的Ag3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物强化相，可实现优良的机械性能和高温稳定性；与镀1 元器件兼容较好，由熔1 引起的焊点剥离情况比其他无铅焊料少。主要缺点为熔点(约217°C)比Srfb共晶合金高，浸润性比Srfb焊料差。 SnCu焊料的优点是原料价格便宜；慢冷时焊接表面的孔洞较少。缺点是熔点高，浸润性较 SnAgCu焊料差，耐高温性能较差，与镀1 元器件兼容性差等。SnAg焊料具有优良的高温稳定性和可操作性，添加In、Bi可大幅降低熔点O08 212°C )。主要缺点为金属h价格昂贵，与镀1 元器件兼容性差等。SnSi焊料的优点是熔点与Srfb焊料最接近(190 197°C)，原料价格便宜，连接强度高等。SnSi焊料在欧美已经实用化，日本厂家则通过改良焊剂，在大气中钎焊，达到不亚于Srfb焊料的封装效果。缺点是Si较活泼，易氧化腐蚀，必须在氮气中进行回流焊，此外浸润性极差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点与不足之处，提供一种具有熔点低、 润湿性好、成本低、抗氧化能力好的无铅焊料，从而为微电子行业封装提供优质的焊接材料。本发明通过以下技术方案予以实现一种无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有:Ag :0. 5-1 %、Cu :0. 3-0. 7 %、Bi 1-3 %、P :0. 0002-0. 0005 %、Ce 0. 01-1 Ni 0. 01-0. 15%，其余为 Sn。Bi元素在焊料中具有降低熔点的作用，但如果Bi的含量偏高，会出现片状粗大 Bi相，造成焊料脆性和抗疲劳性能变差；当Bi含量超过20%时，则会出现焊料中不允许存在的熔点为139°C的低熔共晶组织。为此，本发明提供的无铅焊料中Bi的含量控制在1 3 %，目的在于获得较低焊料熔点的同时避免出现低熔共晶组织。加入0. 3 0. 7% Cu元素能够抑制焊接过程中的熔Cu现象，可提高焊点的机械性能，尤其是抗疲劳性能，从而强化了焊料合金。添加极微量的P可以使液态焊锡在焊接过程中有极好的抗氧化作用。由于P在液态焊锡过程中分布在液面上，使得P与Sn、02等元素作用生成一层很薄又十分致密的含氧酸盐保护膜。该保护膜可阻碍02对焊料的氧化，使焊锡在焊接过程中处于新鲜状态，从而确保了焊点的质量，并能够防止大量锡渣的产生，降低了锡的损耗。铈(Ce)是稀土元素，熔点789°C，沸点3^6°C，密度6. 77g/cm3，它是灰色活泼金属，在空气中易氧化失去光译，加热燃烧，易溶于酸，是合金材料，它可脱氧、脱硫、均勻细化晶粒、提高机械性能和抗氧化能力，可降低熔点，在合金液面加入的氯化钾为复盖剂，防止燃烧氧化形成铈的化合物和铈的升华，其效果很好。通过采取上述技术方案，本发明具有以下有益的效果(1)由于焊料合金熔点低， 因此焊接过程中可采用偏低的工艺温度，与目前使用Sn-Pb焊料的电子元件及材料具有兼容性；( 焊料具有良好的抗氧化性能，焊接过程可不用N2气保护，而且降低了锡渣的损耗；⑶Ag用量减少，降低了原材料成本，经济效益显著。本发明提供的一种无铅焊料，与现有的Sn-Ag-Cu焊料合金相比，具有无毒性、机械性能和电气性能好、抗氧化性和耐腐蚀性优良，抗蠕变疲劳特性好、有良好的润湿和铺展性，焊点可靠性高且价格低廉，以及良好的力学性能等特点。
具体实施例方式具体实施例一本实施方式的无铅焊料由以下重量百分比的成份组成Ag 0. 6%, Cu 0. 4%, Bi :1%、P :0. 0002%, Ce :0. 02%, Ni :0. 05%，其余为 Sn。该配方得到的产品，熔化温度210 215°C，拉伸强度80MPa，延伸率70%。具体实施例二 本实施方式的无铅焊料由以下重量百分比的成份组成Ag 0. 7%, Cu 0. 5%, Bi :2%、P :0. 0003%, Ce :0. 05%, Ni :0. 1%，其余为 Sn。该配方得到的产品，熔化温度205 210°C，拉伸强度82MPa，延伸率75%。具体实施例三本实施方式的无铅焊料由以下重量百分比的成份组成Ag 0. 8%, Cu 0. 6%, Bi :3%、P :0. 0005%, Ce :l%、Ni :0. 12%，其余为 Sn。该配方得到的产品，熔化温度200 205°C，拉伸强度85MPa，延伸率78%。本发明不局限于上述实施例，在实际应用时，可根据不同性能要求及使用场合，选择上述实施例中的不同配比，或除上述各实施例以外的不同配比，但均不以任何形式限制本发明的范围。
权利要求
1.一种无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有Ag 0. 5-1 Cu 0. 3-0. 7 Bi 1-3 P 0. 0002-0. 0005 Ce :0. 01-1 Ni 0. 01-0. 15%, 其余为Sn。
2.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有Ag:0. 6%, Cu 0. 4%, Bi :1%, P :0. 0002%, Ce :0. 02%, Ni :0. 05%,其余为Sn。
3.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有 Ag 0. 7%, Cu 0. 5%, Bi :2%,P :0. 0003%, Ce :0. 05%, Ni 0. 1%,其余为Sn。
4.根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于按重量百分比含有 Ag 0. 8%, Cu 0. 6%,Bi :3%,P :0. 0005%, Ce :l%,Ni 0. 12%, 其余为Sn。
全文摘要
本发明公开了一种新型开发的无铅焊料，其特征在于它由下述重量百分比的组成Ag0.5-1％、Cu0.3-0.7％、Bi1-3％、P0.0002-0.0005％、Ce0.01-1％、Ni0.01-0.15％，其余为Sn的低成本高性能微电子封装用无铅焊料，满足市场对于焊料无铅和效益的双重要求。本发明提供的无铅焊料，具有无毒性、机械性能和电气性能好、抗氧化性和耐腐蚀性优良，抗蠕变疲劳特性好、有良好的润湿和铺展性，焊点可靠性高且价格低廉，以及良好的力学性能等特点。
文档编号B23K35/26GK102233488SQ201010167709
公开日2011年11月9日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者朱朋武 申请人:宁波卓诚焊锡科技有限公司