[发明专利]一种电子封装软钎焊用系列低银无铅钎料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及电子电气产品的电子封装软钎焊技术领域，具体涉及一种电子封装软钎焊用系列低银无铅钎料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于铅及化合物给人类生态环境带来的污染与危害日益严重以及人类环保意识的增强，全球范围内禁止使用Pb的呼声日渐高涨，电子封装无铅化理念已经深入全球各国并掀起了一片无铅钎料的研究热潮。

目前，有关无铅钎料的研究工作得到快速发展，Sn-Ag-Cu无铅钎料凭借可焊性好、可靠性高和优异的力学性能等优势而被公认为有铅钎料最理想的替代者，其主流型号有美国NEMI推荐的Sn-3.9Ag-0.6Cu（SAC396）、欧盟IDEALS推荐的Sn-3.8Ag-0.7Cu（SAC387）和日本JEIDA推荐的Sn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）无铅钎料。然而在上述几种主流的合金中，Ag的含量都不小于3.0%。总所周知，Ag是一种贵金属，存储量少，价格贵，近几年持续走高的国际市场Ag价格大大提高了Sn-Ag-Cu无铅钎料的原料成本，原料成本的上升也导致了相应电子产品成本的提高。此外，上述几种高Ag含量的Sn-Ag-Cu无铅钎料在高温钎焊过后的凝固过程中容易产生大量的硬而脆的板条状Ag₃Sn金属间化合物，在机械应力的作用下，这些Ag₃Sn脆性相往往成为裂纹源，从而导致钎料的耐跌落冲击性能显著下降。

因此，为了降低生产成本，并且减少钎料中板条状Ag₃Sn金属间化合物的含量，提高焊点的可靠性和电子产品的市场竞争力，国内外掀起了对低Ag含量的无铅钎料的研究热潮，目前已取得一定的研究和应用成果，具有代表性的低银产品有Sn-0.3Ag-0.7Cu、Sn-0.5Ag-0.7Cu、Sn-1.0Ag-0.5Cu。然而，低银钎料虽然减少了Ag的使用，降低了生产成本，并减少了钎料内部的Ag₃Sn金属间化合物，但同时也带来了熔点高、流动性、润湿性和力学性能变差等问题，使其无法满足一些高端电子产品的高可靠性要求，特别是在近几年电子产品朝着微型化、轻量化和多功能化的方向发展过程中，焊点尺寸越来越微小，服役条件越来越苛刻，因此，低银无铅钎料的润湿性弱以及其焊点力学强度差等问题日益突出。

目前已有大量关于改善低银无铅钎料润湿性和力学性能的研究，但全面分析和研究当今国内外所出现的低银Sn-Ag-Cu系钎料的专利后发现，能够全面改善低银Sn-Ag-Cu系钎料综合性能的钎料专利尚很少，所公开的专利中力学行能、物理性能与工艺性能往往顾此失彼。例如，中国专利CN1201896C公开的一种无铅焊料：Sn-(0.8~1.1)Ag -(0.3~0.8)Cu-(3~7)Bi-(0.0005~0.0008)P-(0.05~0.1)Re，通过添加P和Re显著提高了抗氧化性，同时添加Bi降低钎料熔点，然而含量大于3%时Bi会超过其在钎料内的固溶度而析出，使焊点变脆，降低焊点可靠性，另外Bi元素往往会造成焊点剥离的缺陷；又如中国专利CN102248318B公开的一种低银抗氧化Sn-Ag系无铅钎料：Sn-(2~2.5)Ag-(0.1~1.2)Mn-(0.08~0.12)Ni-(0.4~0.6)In-(0.08~0.12)P-(0.01~0.4)Y，该钎料添加了具有二次脱氧作用的Mn元素从而提高了钎料的抗氧化性能，然而添加的Ag含量仍然过高，由此带来了较高的生产成本；再如目前市场上应用广泛的Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料，虽然仅使用0.3%的Ag，使钎料的成本大为降低，但由于熔点的升高使得其润湿性大大减弱，并且在高温钎焊过程中溶Cu速率也较快。综上所述，目前公开的低银无铅钎料任然存在着不少问题：银含量较高，使用Bi且含量较高容易产生成分偏析和焊点剥离，溶Cu速率较快，以及由于银含量降低带来润湿性和力学性能变差等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的低银无铅钎料中银含量较高、润湿性能和力学性能都比较差的技术问题，提供一种电子封装软钎焊用系列低银无铅钎料及其制备方法，从而减低含银钎料的生产成本，改善钎料的润湿性能和力学性能，并进一步降低钎料对Cu的溶蚀。

一种电子封装软钎焊用系列低银无铅钎料，其以占该低银无铅钎料的质量百分比计，包括如下组分：0.01%~1.0%的Ag、0.01%~1.0%的Cu、0.001%~0.1%的Si、0.001%~0.5%的Pr、0.002%~0.2%的Ge，余量为Sn。

进一步优化的：Ag占该低银无铅钎料的质量百分比为0.01%~0.09%。