[发明专利]电子封装用无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子封装用无铅钎料。

背景技术

当前，市场主流无铅钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu(简称SAC305)钎料，其合金熔化温度范围在217℃附近，具有润湿性好、接头强度高、抗热疲劳性能好等优点，与之类似的Sn-Ag-Cu系其他钎料合金组分如Sn-4.0Ag-0.5Cu和Sn-3.8Ag-0.7Cu等钎料同样具有较好的接头微观组织和力学性能。尽管如此，较高的含银量使得该类钎料成本较高；同时，与SnPb钎料相比，该类钎料在冲击振动等高应变速率条件下可靠性较差。

为降低成本，低银钎料逐渐成为新钎料开发的热点。通常银含量低于现有SnAgCu共晶成分(3.0-4.7wt％)的钎料被称为低银钎料。目前市场上已经出现的低银钎料种类较多，其中以Sn-0.3Ag-0.7Cu(简称SAC0307)为主流产品，除此以外还有Sn-1.0Ag-0.5Cu(简称SAC105)等低银产品被少量使用。低银钎料目前仍无法作为高端产品生产中的理想无铅钎料选择，这主要由于其熔点较高，而较高的温度将导致回流过程中线路板及周边敏感元件受损，同时低银钎料在润湿性、强度、抗老化性等方面表现与SAC305等高银钎料相比仍不理想，因此改善低银钎料的性能对于其进一步推广至关重要。

添加合金元素是提高钎料性能的主要途径。南京达迈公司的吴宇宁等开发SnAgCu-Bi低银无铅钎料(专利号为ZL200910232754.9)具有较低的熔点，其Bi含量在12％-23％之间，过多的Bi元素在降低熔点的同时也会导致熔化过程的固液相温度差过大，凝固时易产生裂纹，同时过多的Bi元素将导致钎料内部组织变脆，韧性下降。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有高银钎料成本较高，低银钎料力学性能差等技术问题，提供了一种电子封装用无铅钎料。

电子封装用无铅钎料按照质量百分含量由0.35～0.90％Ag，0.20～1.00％Cu，0.005～0.20％Ni，1.20～4.00％Bi，0.50～2.00％Sb，0.01～0.20％Ti，其余为Sn组成。

本发明的电子封装用无铅钎料有效的降低了现有电子封装用无铅钎料的成本，与SAC305相比，成本降低了40％以上。同时本发明对钎料成分进行优化配比，改善了钎料的熔点和润湿性，提高了钎焊接头的力学性能，获得了优异的抗老化性能，抗电迁移性能及抗振动冲击性能。

本发明通过钎料成分的设计和优化得到了性能优异，成本低廉的电子封装用无铅钎料。多种元素添加考虑其相互弥补作用，减小了某一元素在改善性能的同时所带来其他的不利影响，有效提升了钎料的综合性能。

本发明电子封装用无铅钎料中所添加元素中，Bi的主要作用为降低钎料合金的熔化温度，少量的Bi作为单质存在于固溶体的间隙中，作为掺杂原子降低了钎料相变所需的能量，使钎料的熔点降低。Ni元素的加入会导致钎料内部的组织晶粒细化，增加钎料的强度和韧性。添加元素Sb可以减少回流过程中界面化合物层的厚度，同时细化金属间化合物的晶粒，尤其是对于多次回流焊过程中的界面处金属间化合物层的过快生长有显著的抑制作用。同时Sb元素也可减缓在老化过程中的Cu₆Sn₅生长，避免老化过程中金属间化合物层过厚而变脆，提高钎料的抗老化性。添加Ti元素一方面可以改善钎料的润湿性，同时Ti的加入会降低钎料的过冷度，致使钎料中形成大量的树枝状初生锡相，导致钎料弹性模量降低，刚度下降，可以对Ni、Bi添加时带来的钎料弹性模量增大现象起到一定平衡作用，可以避免在高应变速率作用下焊点内部集聚的能量无法释放，降低高速载荷作用下的焊点内部应力水平，提高钎料在振动、冲击等高速载荷下的服役寿命。

附图说明

图1是实施方式四中电子封装用无铅钎料回流曲线；图2是具体实施方式四制备的电子封装用无铅钎料与Cu基板界面IMC的立体形貌图；图3是SnAgCuBiNi钎料与Cu基板界面IMC的立体形貌图；图4是SAC305钎料与Cu基板界面IMC的立体形貌图；图5是SAC0307钎料与Cu基板界面IMC的立体形貌图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式电子封装用无铅钎料按照质量百分含量由0.35～0.90％Ag，0.20～1.00％Cu，0.005～0.20％Ni，1.20～4.00％Bi，0.50～2.00％Sb，0.01～0.20％Ti，其余为Sn组成。