[发明专利]无铅焊料合金组合物和用于制备无铅焊料合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料合金组合物以及一种制备无铅焊料合金的方法，并且更具体地涉及一种无铅焊料合金组合物以及一种制备无铅焊料合金的方法，其中无铅焊料合金组合物是非毒性的并且能够解决来源于铅(Pb)的毒性的环境问题，由此最小化有害的金属元素例如铅和类似物对环境的影响。

背景技术

典型地，基于Sn-Pb的铅焊料已经长时间被用作对于电子器件最有效的结合材料。然而，当使用焊料的电子器件被丢弃时，在焊料中含有的铅(Pb)被酸雨洗脱，由此污染地下水。此外，这样的组分已经被识别作为环境污染物，因为其损害人体，例如，当被人体吸收时，恶化智力和生殖功能。这样的铅焊料被特别地用作用于把小的电子部件例如半导体芯片或电阻器芯片安装在印刷电路板上的结合剂。

具体地，含有铅(Pb)的产品的使用被严格地限制，并且Sn-Pb焊料正在被无铅焊料代替。多种对于禁止Pb的在微电子器件中的使用的约束已经被施加。因此，Sn-Pb焊料必须被无Pb的Sn-Ag焊料代替以开发环境友好的无铅焊料。由于该原因，在最近，当制造焊料合金时，铅的使用被约束或排除，由此已经作出许多尝试以开发环境友好的无铅焊料组合物。

与无铅焊料相关的技术在韩国专利第0209241号和第0814977号中提出。

如在韩国专利第0209241号和第0814977号中公开的，无铅焊料组合物和高温体系无铅焊料组合物和使用其的电子器件和印刷电路板在下文简要地描述。

在韩国专利第0209241号(现有技术1)中公开的包含锡(Sn)、银(Ag)、铋(bi)和铟(In)的无铅焊料组合物主要由以下组成：82wt％至93wt％的锡(Sn)、2wt％的银(Ag)、3wt％至10wt％的铋(Bi)、和2wt％至6wt％的铟(In)。

然而，为了形成现有技术1的无铅焊料组合物所需要的铟(In)是昂贵的，并且含有铋(Bi)的焊料可以由于随着铋(Bi)的增加的量的恶化的延展性成为脆性的。

图1是示意性地示出了韩国专利第0814977号(现有技术2)中的抑制无铅焊料组合物的氧化物的产生的量的原理的模拟图解。如在图1中示出的，现有技术2的高温体系无铅焊料组合物包含2wt％至5wt％的铜、0.001wt％至1.0wt％的镍、0.001wt％至小于0.05wt％的硅、0.001wt％至0.2wt％的磷、0.001wt％至小于0.01wt％的钴、和余量的锡。

然而，现有技术2的高温体系无铅焊料组合物也需要昂贵的铟，并且因此，具有铟的使用被限制的问题。

虽然在附图中未示出，但是最近注意力已经集中于包含Sn、Ag、Bi、Cu、In、和Zn的焊料的开发，特别是主要由Sn、Ag和Cu组成的组合物。然而，上文提到的各自的无铅焊料具有各种问题。例如，Zn是对于氧化敏感的并且导致可焊接性的降低。包含Bi的焊料随着Bi含量的增加延展性降低，从而导致脆性。Sn-Cu焊料是低成本的，但是具有非常差的可润湿性。含有In的焊料是昂贵的。含有Ag的焊料容易地形成粗糙的针形状的金属间化合物Ag₃Sn，从而减少可焊接性和接合强度。因此，不仅包含无铅焊料的焊料，而且上文提到的缺点(特别是可润湿性)必须被最小化。

此外，Sn-0.7Cu、Sn-3.5Ag、和SAC305焊料(96.5wt％Sn-3.0wt％Ag-0.5wt％Cu)微结构包含主要由Sn、Ag₃Sn、和Cu₆Sn₅组成的树状相和共晶相。然而，Ag₃Sn和Cu₆Sn₅的形状和结构被视为是在焊料的可靠性的方面重要的。如果Ag的量大于在基质中2wt％，那么Ag₃Sn的粗糙的板可以被形成，非期望地恶化锡焊性质。在另一个方面，如果Sn-Ag合金中的Ag的量小于2wt％，那么液体温度可以被增加，液体相和固体相的共存区域被放大，并且接合的强度可以降低。因此，金属间化合物的生长必须使用陶瓷纳米粉末-增强剂作为添加剂被抑制。

发明内容

技术问题