[发明专利]Sn‑Ag‑Cu无铅焊料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料及其制备方法，尤其是一种Sn-Ag-Cu无铅焊料及其制备方法。

背景技术

电子产品的“轻、薄、短、小”化对元器件的微型化和组装密度提出了更高的要求，而对于所有元器件而言，器件焊点的可靠性是影响其寿命的关键因素，由于焊点是整个器件应力集中的部位，因此焊点的优化设计以及如何保证焊点质量是一个重要的问题。作为焊接的直接结果，焊点的质量与可靠性决定了电子产品的质量。也就是说，在生产过程中，组装的质量最终表现为焊接的质量。上世纪90年代起，国际上对电子产品无铅化的要求越来越高，欧盟于2003年2月13日正式明确提出从2006年7月1日起禁止在欧盟成员国生产和销售含铅的电子产品。经过十多年的研究，已有几十种无铅焊料被开发出来。这些无铅焊料合金体系具有相对较好的钎焊工艺性能、优良的焊点可靠性，已逐渐被公认为无铅焊料中最有应用前景的合金体系。但是这些合金中基本上都含有如Au、Ag等贵金属元素，导致合金的成本较高，尤其是近几年，贵金属的价格上涨很快，贵金属价格的上涨限制了贵金属在焊料合金中的大量使用，因此研发不含贵金属的新型焊料合金有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种Sn-Ag-Cu无铅焊料及其制备方法，制备的焊料焊接性能良好、力学性能优良，无铅化同时不含Au等贵金属元素，显著降低了成本，同时利用微量的稀土元素提高焊料合金的组织和力学性能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

Sn-Ag-Cu无铅焊料，该焊料的组成及含量按重量百分数计，Ag:1.0～5.0％、Cu:0.1～1.0％、Y:0.1～0.5％、Ce:0.1～0.5％，余量为Sn。

优选地，该焊料的组成及含量按重量百分数计，Ag:2.8％、Cu:0.5％、Y:0.2％、Ce:0.1％，余量为Sn。

一种Sn-Ag-Cu无铅焊料的制备方法，是通过以下步骤实现的：

(1)中间合金Cu-Y和Cu-Ce的制备

在15～30℃下，将真空炉的真空度调整为1-5MPa，将Cu和Y混合，在真空炉中熔炼5～8min，获得Cu-Y中间合金；将Cu和Ce混合，在真空炉中熔炼5～8min，获得Cu-Ce中间合金；将制备的Cu-Y中间合金和Cu-Ce中间合金熔融后混匀；

(2)Sn-Ag-Cu-Y-Ce合金的制备

在15～30℃下，按照上述质量分数的Sn、Ag放入熔融的Cu-Y和Cu-Ce中间合金中，待全部融后充分搅拌，冷却至室温。

步骤(1)中，所述Cu和Y的质量比为6.5～7.5：2.5～3.5，所述Cu和Ce的质量比为6.0～7.0：3.0～4.0。

步骤(1)中，所述Cu-Y中间合金和Cu-Ce中间合金混匀质量比为5.5～6.5：3.5～4.5。

本发明的有益效果是，微量的Y元素可以细化合金的组织，改善焊料合金中的金属间化合物的形态和分布，避免产生粗大的金属间化合物，从而提高合金的力学性能，微量的Ce元素除了可以细化合金的组织以外，可以提高合金的高温力学性能，尤其可以提高合金的蠕变性能。基于Sn-Cu合金中加入微量稀土元素Y和Ce，制备具有良好焊接性能、力学性能的焊料合金，既可以达到无铅化的目的，同时不含Au等贵金属元素，显著降低了成本，同时利用微量的稀土元素提高焊料合金的组织和力学性能，从而可以保证焊点具有较高的可靠性，可以满足电子产品快速发展对焊料合金提出的新的需求，因此本研究具有显著的实际应用价值。

附图说明

图1是不同钇含量Sn-Ag-Cu-Y-Ce合金蠕变寿命；

图2是Sn-Ag-Cu-0.2Y-0.1Ce与Cu基板焊接界面形貌。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

Sn-Ag-Cu无铅焊料，该焊料的组成及含量按重量百分数计，Ag:1.0％、Cu:0.1％、Y:0.1％、、Ce:0.2％，余量为Sn。

上述Sn-Ag-Cu无铅焊料的制备方法，是通过以下步骤实现的：

(1)中间合金Cu-Y、Cu-Ce