[发明专利]具有抗氧化性能的SnAgCu无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及焊接领域的无铅钎料合金，具体的说是具有抗氧化性能的SnAgCu无铅钎料，属于微电子行业电子组装用无铅钎料制造技术领域。

背景技术

随着WEEE和RoHS指令的实施，迫于商业竞争的巨大压力和人们环保意识的增强，各国的相关企业和科研机构纷纷进一步加强了对无铅钎料的研究工作。目前，国际公认的无铅钎料是SnAg，SnCu，SnBi，SnZn及SnAgCu等合金。SnAg焊料在不同的冷却区域有着不同的冷却速率，因而容易产生银相变问题，基体中的Cu容易扩散到钎料中，导致钎料的可靠性下降；SnCu成分简单，但是需求的焊接温度过高，几乎达到了焊接电路板承受的极限，因此仅适用于波峰焊，限制了其发展；SnBi钎料由于熔点仅为139℃，只适合在低温钎焊和一些对温度要求不高的元件中使用；SnZn焊料由于Zn的活性很大，容易造成选择性氧化，使得钎料的抗氧化和抗腐蚀性能差，做成的焊膏不易保存，并且在焊料的物理结构和服役寿命上的研究较少，同时相应的助焊剂的研制也很缓慢，还有待于进一步的研究；而SnAgCu系合金因其优良的润湿性能和力学性能，已成为无铅替代的主要钎料合金，已经得到了美国NEM I(National Electronics Manufacturing Initiative)，英国的DTI(Demperatment of Trade and Industry)以及欧洲的IDEAlS计划的认可。

近年来，围绕着进一步改善SnAgCu钎料合金性能的专利很多，如美国专利USP20030024733，提出了Sn-(2.0-5.0％)Ag-(0.01-2.0％)Cu的基础上添加P元素；USP6179935 Sn-(0-4.0％)Ag-(0-2.0％)Cu的基础上添加了Ni和Ge；中国的专利ZL03110895.4，Sn(0.5～5％)Ag-(0～2％)Cu-(0.001～1％)P-(0.01～1％)RE；中国的专利ZL200610017450.7

Sn-Ag(1.8～3.2％)-Cu(0.5～1.5％)-RE(0.01～1％)-Ni(0.01～3％)；中国的专利ZL00129872.0 Sn-(2～5％)Ag-(0.2～1％)Cu-(0.025～0.5％)Y等。

SnAgCu钎料的综合性能比较良好，但是其润湿性能和抗氧化性能还需要进一步的改善。由于SnAgCu钎料中含有大量的锡，需要比锡铅钎料更高的焊接温度，且合金的氧化对温度又很敏感，因而，合金的氧化速度会相应的提高，研究表明氧化产生的大量锡渣不仅耗费了原材料提高了合金的成本而且对焊接接头的可靠性有很大的影响。为此，本发明专利提出在SnAgCu钎料合金的基础上，添加微量Ni、稀土元素Ce、P、或同时含有Ge，进一步的改善该合金钎料的润湿性能和抗氧化性能。发现微量稀土Ce的添加，不仅可以改善钎料合金的组织与力学性能，而且还能改善钎料合金的润湿性能。

发明内容

本项发明是在已知的SnAgCu钎料合金的基础上，添加微量Ni、稀土元素Ce、P、或同时含有Ge，形成新的SnAgCu多元钎料合金，该钎料合金与SnAgCu合金的熔点很接近，并且具有很强的抗氧化性能，钎料在液态情况下能保持较长的时间仍然不被氧化，冷却后表面光亮度高，并且没有因为合金组员的增多而使各自添加元素的作用弱化，保持了各添加元素产生的优化作用，综合性能优良，是适用于微电子电子组装行业的具有抗氧化性的无铅钎料合金。

本发明的具有抗氧化性能的SnAgCu无铅钎料，其特征在于：该钎料质量百分比组成为Ag 0.1～5％，Cu 0.1～1.5％，Ce 0.01～1％，Ni0.01～0.5％，P 0.0001～0.2％，余量为Sn。

该钎料还可以包括含有质量百分比0.001～0.5％的Ge。

本发明的效果和优势是，借助微量稀土元素Ce的表面活化作用，促进合金凝固过程中的形核，对钎料合金起变质均匀化作用，实现钎料合金的显微组织细化、均匀，改善钎料合金的润湿性能和力学性能。微量稀土Ce的添加，还能抑制时效后界面金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn的生长，提高钎焊接头的抗蠕变疲劳性能，延长接头使用寿命。

Ni元素加入SnAgCu合金后，会形成Ni3Sn2相，其熔点为795℃，高于金属间化合物Cu6Sn5相，由于Ni3Sn2相的存在，故可以拟制Cu6Sn5相的长大，表面形成了细致有光泽的焊料，提高了焊点的抗疲劳强度，还有助于解决焊接的桥连问题。