[发明专利]无Pb焊剂组合物和焊接制品

说明书

本发明涉及基本无铅的无Pb焊剂组合物和使用该焊剂的焊接制品。具体而言，本发明涉及适用于焊接在脆性基材上形成的导体的无Pb焊剂组合物，还涉及焊接制品如焊接基材。

通常，在玻璃基材上形成的导体上进行焊接时，一般使用低拉伸模量的Sn-Pb型焊剂。近来，考虑到环境负担，还使用主要由Sn组成的无Pb焊剂组合物。

然而，由于常规的Sn-Pb型低共熔焊剂组合物包含有毒的Pb，在越来越多情况下其使用受到限制。至于主要由Sn组成的无Pb焊剂组合物，在脆性基材如玻璃基材上形成的导体上焊接用这种组成的组合物进行焊接时，焊接过程中产生的热应力有时会损伤基材。这一问题是由这种焊剂通常具有较大拉伸模量引起的。

而且，近年来，对焊接制品要求越来越高的耐热温度。例如，当常规的Sn-Pb低共熔焊剂组合物或主要由Sn组成的无Pb焊剂组合物用来焊接一种制品，焊接后的制品处于高温时，焊剂组合物会熔化，发生焊剂流动，接头脱离、电极腐蚀、断开等问题。这些是与焊剂耐热性不够有关的毛病问题(即与焊剂耐热性不够有关的毛病)。

因此，本发明的目的是解决这些问题，提供一种无Pb焊剂组合物，当用该组合物在基材上形成的导体上进行焊接时，可以抑制对脆性基材如玻璃基材的损伤，这种组合物具有优良的耐热性。本发明还提供一种使用这种焊剂组合物的焊接制品。

为达到上述目的，本发明的一个方面是一种无Pb焊剂组合物，它包含：Bi作为第一金属元素；可形成二元低共熔物的第二金属元素，其基于不小于90重量份上述第一金属元素的比值为不多于9.9重量份；第三金属元素；以总的焊剂组合物为基准，其中第一金属元素不少于90％(重量)，第三金属元素为0.1-3.0％(重量)。

本发明的无Pb焊剂组合物中，较好的是，以总焊剂组合物为基准，第一金属元素不少于94.5％(重量)，第二金属元素为0.15-3.0％(重量)。

而且，本发明的无Pb焊剂组合物以不含固相线温度低于200℃的低熔点共熔物为宜。

本发明的无Pb焊剂组合物的第三金属元素较好的是至少一种选自Sn、Cu、In、Sb或Zn的元素。

第二金属元素较好的是至少一种选自Ag、Cu或Zn的元素。第二金属元素为上述总焊剂组合物的0.1-9.9％(重量)更好。

本发明的无Pb焊剂组合物中，上述第二金属元素最好是Ag，上述第三金属元素以总焊剂组合物为基准，包含选自下列的至少一个：0.1-0.5％(重量)Sn、0.1-0.3％(重量)Cu、0.1-0.5％(重量)In、0.1-0.3％(重量)Sb、0.1-0.3％(重量)Zn。

而且在本发明的无Pb焊剂组合物中，上述第三金属元素较好的还包含至少一种选自Ge和P的元素，这种额外的第三金属元素含量为总焊剂组合物的0.01-0.1％(重量)。

本发明的第二方面是提供一种无Pb焊接制品，它包括：表面有导体布线图的基材；放置于其上的本发明无Pb焊剂组合物，使其电连接和机械连接到导体布线图上。

因此，上述基材可以是表面有导体布线图的玻璃基材，一根引线通过上述无Pb焊剂组合物连接到电极。

图1是本发明一个实施方案描述的焊接制品的剖面图。

例如，当采用焊接方法。将引线连接到在玻璃基材上形成的布线图时，玻璃基材常出现裂纹。根据损坏例如裂纹的产生是玻璃基材和焊剂组合物之间的热膨胀系数不匹配引起的热应力产生的设想，进行了研究，结果发现，在焊剂固化时能减少热应力对于减少损坏特别有效。

减少焊剂固化时热应力办法的一个例子是选择一种在固化时不会收缩的合金组合物。具体而言，选择固化时会体积膨胀的金属元素作为固化时不显示收缩的合金组合物的组分。固化时会体积膨胀的元素的例子是Bi和Ga。然而，Ga是一种稀有金属，难以保证供应，而且价格高。因此，Ga不适合作为焊剂组合物主要组分的化学元素。

所以，选择Bi作为焊剂组合物主要组分的化学元素。Bi-Ag(2.5％(重量))焊剂组合物就考虑其熔点、焊接工作性能等而言是很有希望的。根据“CONSTITUTIONOF BINARY ALLOYS(HANSEN-McGRAW-HILL BOOK COMPANY，INC，1958)”，认为Bi-Ag合金具有2.5％(重量)Ag的低共熔组成。低共熔组成的焊剂组合物是稳定的金属组合物，具有优良的机械强度。