[发明专利]一种低银无铅钎料合金

说明书

技术领域

本发明涉及电子封装技术领域，具体是指一种用于电子封装的低银无铅钎料合金。

背景技术

随着欧盟RoHS和WEEE指令的实施，电子产品无铅化已是全球化的趋势。在寻求Sn-Pb钎料替代品的过程中，Sn-(3.0-4.0)Ag-(0.5-0.9)Cu共晶及近共晶无铅钎料由于有较低的熔化温度(Tm＝217℃)、良好的钎焊工艺性能及优良的综合力学性能，因此当前在电子行业得到广泛应用。

但是，大量的研究及生产实践表明，在共晶及近共晶Sn-Ag-Cu无铅钎料中高的Ag含量将导致凝固过程中共晶组织的粗化，特别是在慢冷过程中甚至会有板条状的先析出相Ag3Sn出现。这样粗大的金属间化合物强烈降低焊点的力学性能，特别是抗冲击性能。另外，Ag属于贵金属，由于资源的稀缺导致价格不断的上升，增加了无铅钎料的材料成本。

现阶段为降低Sn-(3.0-4.0)Ag-(0.5-0.9)Cu共晶及近共晶无铅钎料的制造成本及提高焊点抗冲击的能力，Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料已得到一定范围的应用。但由于Ag含量的大大降低，导致钎料熔化温度的增加，从而使钎焊温度也相应的增加，带来线路板、电子元器件和组装芯片的热损伤问题。另一方面，由于Ag含量的降低，焊点凝固组织中共晶组织减少，焊点的强度指标也降低，因此Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料只能在特定的组装条件和服役条件下使用。最后，由于Ag含量的降低，Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料严重偏离共晶成分，在相同钎焊条件下，钎料的润湿性降低，产品缺陷率增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种可取代共晶及近共晶Sn-Ag-Cu无铅钎料的多元合金化的低银无铅钎料合金。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种低银无铅钎料合金，由Sn、Ag、Cu、Bi、Dy及Ni组成。

所述各组份按质量百分比计：Ag为0.5-0.8％，Cu：为0.5-0.7％，Bi为1.5-2.5％，Dy为0.05-0.5％，Ni为0.04-0.08％，余量为Sn。

优选地，所述Ag为0.8％，Cu：为0.5％，Bi为2.0％，Dy为0.05％，Ni为0.05％，余量为Sn。

优选地，所述Ag为0.5％，Cu：为0.7％，Bi为1.5％，Dy为0.1％，Ni为0.05％，余量为Sn。

优选地，所述Ag为0.8％，Cu：为0.5％，Bi为1.0％，Dy为0.4％，Ni为0.05％，余量为Sn。

优选地，所述Ag为0.5％，Cu：为0.7％，Bi为2.5％，Dy为0.05％，Ni为0.05％，余量为Sn。

优选地，所述Ag为0.5％，Cu：为0.5％，Bi为1.0％，Dy为0.5％，Ni为0.05％，余量为Sn。

本发明的无铅钎料合金与现有技术相比具有如下优点：

1)有和共晶及近共晶Sn-Ag-Cu无铅钎料相近的熔化温度、润湿铺展性能及焊点外观质量，因此在不改变钎焊工艺及增加钎剂活性的条件下，可得到和共晶及近共晶Sn-Ag-Cu无铅钎料相近的焊点质量；

2)在不改变熔化温度的前提下，通过调整Bi和Dy的比例，可得不同力学性能的钎料合金，满足焊点不同服役条件的需要；

3)通过微量Ni的加入，可降低焊点界面金属间化合物的生长速率，降低基板Cu的溶解速率，提高焊点服役可靠性；

4)该钎料合金由于大大降低了Ag含量，因此使材料成本大大降低。

本发明中各组份的作用及含量限定的原理如下(含量均以质量百分比计)：

Ag：Ag和Sn、Cu可组成三元共晶，三元共晶的Ag含量范围在3.5-4.0％之间，但由于Ag价格昂贵，导致钎料成本增加；其次，高Ag含量致使焊点可靠性降低。如果Ag含量太低，将会降低钎料合金的润湿性能，试验结果表明，当Ag含量高于0.8％时，对钎料的润湿性影响不大，因此优选为0.5-0.8％。

Cu：Cu是组成无铅钎料的基本合金元素。添加Cu可降低钎料的熔化温度，同时可减少基体Cu的溶解速率。另外，Cu和Sn在钎料中可形成Cu6Sn5相，提高钎料合金强度，但过高的Cu导致钎料熔点升高，优选为0.5-0.7％。

Bi：Bi和Sn可形成共晶，降低钎料熔点；Bi在Sn基钎料中是正吸附元素，可以改善钎料的润湿性，提高钎焊工艺性能。但Bi含量过高，将导致钎料合金强度增加、塑性降低，使钎料变脆，优选为1.5-2.5％。