[发明专利]一种高可靠性的低温无铅焊料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及连接材料领域，具体的说是一种高可靠性的低温无铅焊料及其制备方法。

背景技术

焊料作为一种电器元件连接材料，使用极为广泛，不同元器件因使用要求、工作环境、电器特性的不同，对焊料的要求也有所不同。对于LED产业和一些不能承受高温焊接的电子零件芯片、电子材料和基板来说，主要使用的焊接材料是低温焊料。因此，市场上对低温焊料的需求越来越多。

目前，市面上使用的低温焊料主要是Sn-Bi58、Sn-Pb40-Bi40，这两种焊料的熔点分别是Sn-Bi58138℃、Sn-Pb40-Bi40113℃。对于Sn-Bi58焊料来说，其熔点低，润湿性能好。但是Bi本身具有脆性，高含量的Bi使得Sn-Bi系焊料拥有较高的脆性，焊接后的焊点强度低，机械性能差，在外力的作用下，焊点容易脱落，从而使电子器件、设备失效。对于Sn-Pb40-Bi40焊料来说，其熔点低、焊接性能优异、价格低廉，但是该焊料不仅含有Bi，使得焊料具有Sn-Bi系焊料的特点——高脆性、低强度，同时还含有国际禁用的元素Pb，因为Pb及Pb的化合物对人体有害，且不易排除。

综上所述，开发一款无铅环保的、抗热疲劳性能好、焊接性能优异的低温焊料是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有焊料所存在的不足，提供一种熔点低、无铅环保，同时具有高可靠性能的低温焊料以及用于制备该焊料的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种低温无铅焊料，其各组分按重量百分比为：

Ag：0.3-2.5%

Ge：0.05-0.4%

Nd：0.01-0.1%

Sn：50-60%

In：余量。

优选地：

Ag：0.8-2.5%

Ge：0.05-0.2%

Nd：0.01-0.08%

Sn：50-57%

In：余量。

本发明所述的低温无铅焊料按照下列的方法制备。

（1）分别称取一定量的In、Ag、Ge、Nd、Sn。

（2）在1050±50℃下加入Sn和Nd，待它们完全熔化，缓慢搅拌至少10分钟，保温至少10分钟，使Sn、Nd两种元素混合均匀。

（3）降温至950±50℃，加入Ag、Ge，待其完全熔化，缓慢搅拌至少15分钟，保温至少15分钟，使四种元素混合均匀。

（4）降温至300±50℃，加入In，待其完全熔化，缓慢搅拌至少25分钟，保温至少20分钟，待所有元素混合均匀，浇铸在模具中，得到本发明的低温无铅焊料。

进一步的说，所述焊料还可以加工成焊料丝、焊料球或焊料粉。

本发明中所述的低温无铅焊料以锡铟焊料为主，添加In元素，是因为In元素的熔点只有156.61℃，沸点为2080℃，同时导热导电性能好、流动性好、胀缩率小、环保无毒性等特点。In元素的使用可以降低焊料合金的熔点，并且无铅无毒环保。焊料还添加了Ag、Ge、Nd三种元素。添加的Ag元素，其重量百分比0.3-2.5%，熔点为961.78℃，延展性好，对基板的润湿性好，抗腐蚀性能优异等。Ag元素的使用可以增加焊料的延伸率，提高焊料的焊接性能、抗腐蚀性能，Ag与Sn在高温下可以形成弥散均匀的Ag3Sn，细化晶粒，增强焊料的强度。添加Ge元素，其重量百分比0.05~0.4%，熔点为938.25℃。锗比较活泼，表面活性使其聚集在液态焊料表面呈现正吸附，使液态焊料表面自由能降低，进而改善焊料的润湿性。此外，Ge对氧的亲和力较高，在焊接过程中会形成GeO2，由于重力的差异会从基体中排除，从而提高了焊料抗氧化、抗腐蚀能力。添加稀土Nd元素，其重量百分比0.01~0.1%，熔点为1024℃，熔点高，抗腐蚀性能良好，Nd元素的使用提升了焊料的耐高温性能，在高低温循环环境或高低温差变化大的环境下，焊料焊点在-45℃至+125℃下无开裂及脱落，耐热循环性优异。

具体实施方式

为方便对本发明作进一步的理解，现举出如下实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1：