[发明专利]一种无铅焊料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料及其制备方法。

背景技术

传统的电子封装用合金焊料为Sn-Pb合金焊料，由于焊接性能好、工艺可靠、工艺可靠、使用稳定、以及制作成本低廉等有点长期以来一直作为封装连接材料。但Sn-Pb焊料中的铅对人与环境的影响都很大，所以出于环保的考虑，欧盟、美国、日本都已经明确宣布电子产品要实现无铅化。当前无铅电子产品的无铅化是必然趋势。无铅焊料的无铅化，在电子产品的无铅化进程中起了主要作用。目前，作为含铅焊料的替代品，主要有：SnAg系、SnZn系、SnCu系和SnBi系焊料，而与其它无铅焊料相比，SnCu系，共晶体系焊料及其改性合金成本低廉、容易获得，但在合金熔点，焊接可靠性、抗氧化性方面存在不足。而Sn-Zn系焊料具有熔点较低，如Sn₈Zn₃Bi的熔点为189℃，其成本较低，而且其物理性能，如焊料的冲击韧性、拉伸强度、抗疲劳寿命较好。但是，Sn-Zn系焊料的润湿性差、抗氧化性和抗腐蚀性能较差，为了提高Sn-Zn系焊料的这些性能，研究人员已经围绕SnZn系焊料的合金化开展了大量的研究工作，例如在《Sn-Zn-Bi无铅焊料表面张力及润湿性研究》，(周健，孙阳善，薛烽电子元件与材料，Vol.24，No.8，2005，P49-52)中公开以一种无铅焊料及其制备方法，该无铅焊料的组成为Sn-Zn-Bi，由于Bi的加入降低了焊料合金熔体与铜片间的固-液界面张力，增大了熔体在铜片上的润湿力。但是Bi的加入，会使合金组织变得粗大，而且分布不均匀，使得合金容易氧化，所以最后得到的产品的润湿性、抗蠕变性都有所下降。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术无铅焊料润湿性、抗蠕变性差，抗氧化性差的缺点，提供一种润湿性好、抗蠕变性、抗氧化性好的无铅焊料及其制备方法。

本发明提供了一种无铅焊料，其中，该焊料的组成如下述通式所示：Sn_aZn_bBi_cCu_d；其中，a、b、c、d均为质量百分数，7％≤b≤9％，1≤c≤5％，0.1≤d≤3％，余量为Sn且a、b、c、d之和为100％。

本发明还提供上述Sn_aZn_bBi_cCu_d的无铅焊料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)制备Sn-Zn-Bi合金，按Zn 7-9wt％；Bi 1-5wt％；Cu 0.1-3wt％余量为Sn的配比，在保护气体气氛或真空环境下，将按配比称取的Zn、Bi、Sn混合，进行第一次熔炼得到Sn-Zn-Bi合金；

2)将助焊剂、按照步骤1中所述配比称取的Cu与Sn-Zn-Bi合金混合，在保护气体或真空环境下进行第二次熔炼，冷却，浇注后获得无铅焊料锭坯。

本发明所提供的无铅焊料具有优良的润湿性、抗蠕变性和抗氧化性，如本发明得到的无铅焊料，其润湿角达到了50°，而根据现有技术得到的SnZn₉无铅焊料的润湿角为120°。其弯折角只有0.002θ/rad，而SnZn₈Bi₃的弯折角可以达到0.010θ/rad，本发明提供的无铅焊料在氧化试验后的质量损失量为0.2100g/mm²，此外本发明还具有良好的耐腐蚀性能，其中腐蚀速率为0.1950g/mm²。

附图说明

附图1：对比例1制备的合金焊料的金相组织图；

附图2：实施例1制备的合金焊料的金相组织图；

附图3：实施例2制备的合金焊料的金相组织图；

附图4：实施例3制备的合金焊料的金相组织图；

附图5：实施例4制备的合金焊料的金相组织图；

具体实施方式

无铅焊料的组成如下述通式所示：Sn_aZn_bBi_cCu_d；其中，a、b、c、d均为质量百分数，7wt％≤b≤9wt％，1wt％≤c≤5wt％，0.1wt％≤d≤3wt％，余量为Sn且a、b、c、d之和为100％。

其中无铅焊料中的各组份组成可优选为Zn为7.5-8.5wt％，Bi为2.5-3.5wt％，Cu为0.5-2wt％，余量为Sn。

本发明所提供的无铅焊料的制备方法，该方法包括：