[发明专利]高强度无银无铅焊锡

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊料组合物，特别是涉及一种适合用于电子零件焊点的高强度无银无铅焊锡。

背景技术

在已知的技艺中，锡铅合金经常被用来作为电子零件的焊料，但因为铅及其化合物对环境的污染严重，再加上现今环保意识增强，含铅焊锡近年来逐渐遭到国际限用，因此逐渐以“无铅焊锡”来取代。

在无铅焊锡的应用中，主要是以锡银铜（SAC305）及锡铜（Sn-Cu）的组成的无铅焊锡应用最为广泛。尤其以锡银铜（SAC305）组成使用量最多，近几年来由于银的价格飙涨，造成锡银铜合金焊料价格居高不下，因而增加电子元件封装成本。

所以目前电子封装业趋向于使用低银含量的锡银铜焊料或无银含量的锡铜焊料，以降低封装成本。但是，由于前述焊料因为银含量低或不含银，焊料本体的抗拉强度（以下简称基材强度）较差且润湿性不足，所以基板焊接后内部焊锡接点强度相对不足，而且焊接过程也容易因为润湿性不良，造成焊接后焊锡接点产生裂缝或剥离，焊接介面的接合强度（以下简称介面强度）不佳，进一步造成电子产品需返工或报废。

本发明是基于改善一般锡铜焊料的基材强度差及润湿性不佳的缺点所开发出来的合金焊料，以铋取代以往组合物中的价格昂贵的银，不仅可降低成本，由于铋元素均匀地散布于合金内部，从而能提升基材强度与润湿性，同时通过添加铁、镍、钴的其中至少一个而可提升焊接介面的接合强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提升基材强度、介面强度与润湿性且成本较低的高强度无银无铅焊锡。

本发明高强度无银无铅焊锡，以该高强度无银无铅焊锡所含总重量为100wt%，该高强度无银无铅焊锡包含：该高强度无银无铅焊锡包含：2至8wt%的铋；0.1至1.0wt%的铜；0.01至0.2wt%的镍、铁或钴的其中至少一个；及余量为锡。

本发明所述的高强度无银无铅焊锡，该高强度无银无铅焊锡还包含0.003至0.03wt%的锗、镓或磷的其中至少一个。

本发明的有益效果在于：以铋取代以往组合物中的价格昂贵的银，不仅可降低成本，还可提升基材强度与润湿性，同时通过添加铁、镍、钴的其中至少一个可提升焊接介面强度，使产品更具竞争力。

附图说明

无。

具体实施方式

本发明高强度无银无铅焊锡的较佳实施例，以该高强度无银无铅焊锡所含总重量为100wt%，而该高强度无银无铅焊锡包含：2至8wt%的铋、0.1至1.0wt%的铜、0.01至0.2wt%的镍（Ni）、铁（Fe）或钴（Co）的其中至少一个，余量为锡。以铋取代以往组合物中价格昂贵的银，可提升基材强度及润湿性，进而达到或超越锡银铜焊料的性能，又因为不含银而使成本大幅降低，再加上铋价格比纯锡低，所以价格可比现有锡铜焊料更具竞争优势。此外，通过添加铁、镍、钴的其中至少一个，从而可提升焊料合金的介面强度。

较佳地，该高强度无银无铅焊锡还包含0.003至0.03wt%的锗（Ge）、磷（P）或镓（Ga）的其中至少一个，进而提升焊料合金在波峰焊制程的抗氧化性并可降低锡渣产生。

接着通过本发明的数个实施例与数个比较例来证实本发明的功效，并通过实验来比较各实施例与各比较例的焊料合金的润湿性（或可焊性）、焊料合金整体的基材强度、焊料合金与铜焊垫的接点处的介面强度，以及焊料合金的抗氧化性。

而润湿性（Wetting）的判断，是使用可焊性测试机（Wetting Balance Tester）进行测试。首先将各实施例与各比较例的焊料合金加热至250℃，接着将宽度10mm、长度20mm及厚度0.3mm的铜片沾附适量的助焊剂后，便可通过可焊性测试机将铜片浸入前述加热而融熔的焊料合金中，并检测与计算焊料合金与铜片润湿过程的润湿时间，以判断焊料合金的润湿性。记载方式如下：

○：表示润湿时间＜2秒；

△：表示2秒≤润湿时间＜3秒；

╳：表示润湿时间≥3秒。

基材强度的判断，是使用微硬度机检测各实施例与各比较例的焊料合金整体的硬度，并使用维氏金刚石压头（Vickers Pyramid Diamond Indenter）以50克重施压于各实施例与各比较例15秒后，测量形成在表面的压痕大小，而换算出微硬度值（Hv）。记载方式如下：

○：表示微硬度值＞20Hv；

△：表示15Hv＜微硬度值≤20Hv；

╳：表示微硬度值≤15Hv。