[发明专利]一种电子封装用低成本抗老化钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及软钎料及其制备方法

背景技术

SnAgCu系钎料合金作为替代传统SnPb钎料受到广泛认可，目前较为公认并且普遍使用的包括美国推荐的Sn～3.9Ag～0.6Cu，欧盟推荐的Sn～3.8Ag～0.7Cu，以及日本推荐的Sn～3.0Ag～0.5Cu。以上钎料含银量普遍在3％以上，在无铅电子封装领域被广泛的应用，其工艺参数相对成熟。但是，较高的含银量会导致钎料内部生成较多的Ag₃Sn金属间化合物生成，钎焊接头耐冲击性能下降，更重要的是较高的银含量使钎料的成本升高；如果钎料中银含量的降低将导致其内部形成的Ag₃Sn化合物减少，钎料的硬度、强度等均有所下降，在高温服役老化条件下其可靠性有明显下降，同时含银量的降低也使其熔点、润湿性等焊接特性变差。

现有的低含银量钎料有多种，申请号为200310115384.3的中国专利公开的SnAgCu系低含银量钎料的银含量控制在2％～3％，并加入了多种稀土元素，其成本并没有得到明显降低。申请号为200810069262.8的中国专利公开的SnAgCu系低含银量钎料，除Sn、Ag、Cu主元素外加入Ni、Sb、P、Ge、Bi及In等多种元素，使钎料的抗氧化性和润湿性得到改进，但原料中元素种类多将导致熔炼过程复杂，加工成本增加。申请号为200910232754.9的中国专利公开的低含银量SnAgCuBi无铅钎料，获得了较低的熔化温度，但该钎料在应用时，由于熔化过程的固液相温度差高达50℃～60℃，固液相温度差过大，极易产生固化裂纹，同时钎料内部组织变脆，韧性下降；目前市场上销售的一种低银钎料SAC0307，其中Sn：99％、Ag：0.3％、Cu：0.7％，其成本比型号为SAC305(其Sn：96.5％、Ag：3.0％、Cu：0.5％)的含银钎料降低40％，但是SAC0307钎料的熔点在217℃～223℃，较SAC305等高银钎料熔点升高，润湿性较差，强度较低，难以满足工程需要。综上所述，目前公开的低含银量无铅钎料存在以下问题：含银量仍较高，添加元素种类多，冶金制备复杂，钎料组织易产生固化裂纹及熔点较高。

发明内容

本发明是要解决现有的低含银量无铅钎料的含银量仍较高、添加元素种类多、冶金制备复杂、易产生固化裂纹及熔点较高的技术问题，而提供一种电子封装用低成本抗老化钎料及其制备方法。

本发明的一种电子封装用低成本抗老化钎料按质量百分比由0.60％～0.79％的Ag、0.50％～0.90％的Cu、0.02％～0.20％的Ni、2.10％～4.00％的Bi和余量的Sn组成。

本发明的电子封装用低成本抗老化钎料的制备方法按以下步骤进行：一、按质量百分比为Ag：0.60％～0.79％、Cu：0.50％～0.90％、Ni：0.02％～0.20％、Bi：2.10％～4.00％和余量的Sn称取银、铜、镍、铋和锡；二、将步骤一称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至480℃～530℃，当锡完全熔化后，将步骤一称取的银、铜、镍和铋加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为480℃～530℃的条件下熔炼7min～10min，然后降温至350℃～400℃保温25min～40min，停止加热并在氩气保护下冷却至室温，得到固态金属；三、将步骤二中得到的到固态金属在氩气保护下升温至480℃～530℃熔炼8min～10min，再降温至350℃～400℃保温25min～40min，冷却后得到电子封装用低成本抗老化钎料。

本发明的电子封装用低成本抗老化钎料降低钎料成本的同时获得优良的可焊性及综合力学性能，该钎料的含银量0.60％～0.79％，含银量较低，其熔点仅为205℃～219℃、润湿性良好，具有良好的可焊性。相对SAC305钎料而言，其成本可降低30％～43％，钎料的熔点和润湿性均有指标改善，钎焊接头的抗剪切强度提高38％以上，抗高温老化性能明显提高。与SAC0307钎料相比，钎料的熔点和润湿性均有明显改善，同时钎焊接头的抗剪切强度提高50％以上；该钎料与Cu、Ni焊盘连接接头的微观组织中界面化合物层较薄，抗时效老化、抗电迁移性好，其连接接头的抗剪切、冲击等综合力学性能优良。本发明的电子封装用低成本抗老化钎料降低钎料添加元素种类只有Ag、Cu、Ni、和Bi四种，制备工艺简单；同时该钎料固液相温差仅为8℃～10℃，固液相温差小，有效减少了固化裂纹的产生，改善了焊接缺陷对可靠性的影响；该钎料的主要应用于电子组装、封装的手工焊、波峰焊和再流焊领域。

附图说明