[发明专利]一种无铅高温电子钎料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高温无铅软钎料及制备方法，尤其是一种Sn-Sb-Cu-Ni-X多元无铅高温电子钎料及制备方法，属于焊接技术领域。

背景技术

近年来，随着人们环保意识的提高和对自身健康的日益关注，在欧盟发布的RoHS指令引导下，各国已相继立法来限制Pb在微电子行业中的使用。因此钎料的无铅化成为了各界关注的热点之一，取代共晶63Sn-37Pb钎料的无铅产品已趋于成熟并进行了产业化。然而，广泛用于电子封装中高温领域中的高Pb钎料(Pb含量大于85％的Pb-Sn合金)由于其较高的熔点(300℃左右)及优良的综合性能，目前还未找到合适的无铅替代品，因而在RoHS指令中得到了豁免。尽管如此，随着技术的进步，在电子封装中最终实现全面无铅化是必然趋势，所以高Pb钎料的无铅化研究有着重要的现实意义。而目前对高Pb钎料无铅化的研究非常少，文献和专利中所报道的主要有80Au-Sn、Bi基合金、Zn-A1基合金和Sn-Sb基合金，但是这些合金都有着各自明显的缺陷。

80Au-Sn共晶钎料的熔点为280℃，与高Pb钎料的熔点最相近，但是该钎料成本太高，主要用于光电子封装、高可靠性(如InP激光二极管)、大功率电子器件电路气密封装和芯片封装中。

中国专利CN155896A提出用含Ag为2％～18wt.％的Bi-Ag合金来替代高Pb钎料，该合金熔点合适，固相线温度大于262.5℃，但是该合金存在脆性大、加工性差、与基体结合强度弱、固液相线区间较宽以及在Cu和Ni基体上的润湿性差等一系列问题。

Zn-Al基合金尽管熔点较高能保证后续工艺中焊点不熔化，但是其加工性能和应力松弛能力差，容易氧化且润湿性不佳，这些性质很大程度上限制了该合金的应用。

中国专利CN1221216A提出一种用含Sb5～15％的Sn-Sb二元合金用来涂覆引线框架，以保证能承受随后较高温度的密封工艺。但当Sb含量较低(＜10％)时Sn-Sb二元合金的熔点相对较低，对于需要承受高温封装工艺焊点的可靠性不利。且该合金与Cu基体的界面反应很快，从而导致Cu的熔蚀特别严重。这将造成两方面的问题：其一，电子封装中Cu焊盘或引脚通常较小，在短时间内(3～5s)便可以全部溶完，从而导致焊点的失效，其二，由于Cu焊盘或引脚的溶解也会导致液态合金成分的变化，这种成分的不稳定性对产品的可靠性也存在较大的影响。

美国专利20040241039(至少75％Sn，0.5～7％Cu，0.05～18％Sb)和中国专利CN1954958A(Sb8～20％，Cu3～7％，其余为Sn)分别提出了用SnSbCu三元合金作为高温无铅软钎料。但是该合金依然存在对Cu或Ni基体焊盘的熔蚀快的问题；而且该系列合金的抗氧化性能较差，在高温焊接过程中会产生大量的锡渣。

发明内容

本发明的目的是为顺应国际化的无铅化潮流，提供一种熔点在250℃以上，且在焊接过程中能有效阻止焊接过程中Cu或Ni焊盘在钎料中的熔蚀，和具有较强抗氧化能力的无铅高温电子钎料及制备方法；该钎料是封装领域中传统的高Pb钎料的无铅替代产品。

为了实现上述目的，本发明提供一种Sn-Sb-Cu-Ni-X(X＝Ga、P和混合稀土之中的零种、一种或任意几种的组合)多元无铅钎料——无铅高温电子钎料。该技术方案是在Sn-Sb合金的基础上添加Cu、Ni和其他微量元素，形成多元合金，其合金重量百分比组成为：

Sb：      10～22％

Cu        1～8％

Ni        0.01～2％

X         0.001％～1％

Sn        余量

其中：X指Ga、P或混合稀土之间的零种、一种或任意几种的组合。

所述的钎料熔点在240℃～320℃之间，抗拉强度58-84Mpa

一种如上所述无铅钎料的制备方法，它是将配制的各种合金元素用真空熔炼炉或非真空熔炼炉在850～900℃下保温1～2h，使之均匀熔化，并在出炉前充分搅拌，浇注凝固后获得钎料。

所述钎料被制成为钎料母合金或钎料块或焊丝或焊球或焊环或焊箔或焊粉或焊膏中的至少一种。