[发明专利]含Nd、Ni、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料

说明书

一、技术领域

一种含Nd、Ni、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料，主要用于微电子封装以及表面组装领域，是一种具有优良可焊性、抗蠕变能力以及良好的力学性能的新型无铅钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。 

二、背景技术

随着WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)和RoHS(Restriction of Hazardous Substances)两项指令的颁布，传统的含铅钎料已经不能满足于电子行业的应用，因此SnPb钎料的替代问题成为诸多研究人员关注的焦点。近年来，无铅钎料的研发已取得了一定的成就，已开发出的无铅钎料主要有二元系(Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi)系和三元系(Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-Bi等)系。可推广的无铅钎料必须满足以下条件：a、无毒性，成本应相对低廉，不会对环境和人体健康产生不良影响。b、良好的润湿性能。c、良好的力学性能(如强度、塑性、抗疲劳性能等)、电学性能和热学性能。d、和现有的助焊剂能相匹配。e、良好的加工性能好。f、能与现行的波峰焊、红外再流焊、气相再流焊等设备相兼容。g、在钎焊和服役过程中和母材间可形成适量的金属间化合物，且在热力学和动力学方面均能适配。鉴于以上要求综合考虑，目前电子行业应用最广泛的无铅钎料主要有用于波峰焊的Sn-Cu系二元合金钎料以及用于再流焊的Sn-Ag-Cu系三元合金钎料，Sn-Ag-Cu系合金钎料由于综合性能较好，是到目前为止被电子行业广泛认为最具有潜力替代传统的Sn-Pb钎料的无铅钎料。 

SnAgCu钎料因其润湿性较好、接头的可靠性较高、抗热疲劳等优点被推荐为Sn-Pb钎料的最具潜力替代品。由于共晶点尚未精确确定，各国推荐使用的Sn-Ag-Cu钎料成分尚未统一，日本推荐Sn-3.0Ag-0.5Cu，欧盟推荐Sn-3.8Ag-0.7Cu，而美国则倾向于Sn-3.9Ag-0.6Cu。以上已报道的成分只有Sn-4.0Ag-0.5Cu是公开发表的，使用中不存在专利的问题，其它成分的合金在使用中都涉及相关专利成分问题。 

向Sn-Ag-Cu系合金中加入其它微量元素，Sn-Ag-Cu系钎料的润湿性能、力学性能以及抗蠕变能力仍有很大的改良空间，国外已公开的专利主要是通过加入Bi、Ni、In、Ge、P元素来优化Sn-Ag-Cu系合金钎料的某些方面的性能，代表性的有Sn-(2.8-4.2wt％)Ag-(0.3-0.8wt％)Cu-(0.0001-0.01wt％)Ge-(0.0001-0.01wt％)In[美国专利US7250135B2]；含银量较低的Sn-(0.3-0.4wt％)Ag-(0.6-0.7wt％)Cu-(0.01-1.0wt％)P[美国专利US7335269B2]；中国的Sn-(2-5wt％)Ag-(0.2-1wt％)Cu-(0.025-1.0wt％)Er[中国专利，公开号为CN 1621194A]；Sn(94.7～98wt％)-(1～3.5wt％)Ag-(0.5～1.5wt％)Cu-(0.001-0.1wt％)La或Ce等[中国专利，ZL 02129643.X]。 

研究发现，加入Bi虽然可以一定程度上降低钎料的熔点、改善润湿性，但对钎料的综合性能影响不大，且Bi的加入容易生成低熔共晶，在晶界聚集，降低钎料的力学性能；In的价格昂贵，应用受到成本价格的制约。Ge、P的加入对钎料合金的综合性能的提高非常有限，微量稀土La或Ce的加入可以改善钎料的润湿性能，还可以大幅度提高钎料合金的抗蠕变性能以及力学性能，能够明显提高Sn-Ag-Cu系钎料合金的综合性能，但是仍有不足之处，需要研发新的合金系统，以满足电子行业表面组装及封装技术飞速发展的需要。 

三、发明内容

本项发明的目的是提供一种钎焊性能(主要是润湿性能)、力学性能以及抗蠕变性能良好，适用于电子行业的波峰焊、再流焊以及其它焊接方法的无铅钎料。 

一种含Nd、Ni、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料，按质量百分数配比包含3.5％～4.5％的Ag，0.2％～1.5％的Cu，0.025％～0.1％的Ni，0.015％～0.1％的Co，其特征在于：还包括0.16％～0.5％的Nd，0.05％～0.1％的Pb，余量为Sn。