[发明专利]一种无铅环保焊料及其制备方法和用途

说明书

本申请提供了一种无铅环保焊料及其制备方法和用途。所述焊料的成分按重量百分比计包括：Ag1.0‑4.0％，Bi1.5‑5.5％，Co0.01‑0.7％，B0.001‑0.05％，其余为Sn及不可避免的杂质。上述焊料的制备方法包括中间合金的制备以及Sn‑Ag‑Bi‑Co‑B系焊料合金锭坯的制备。采用上述方法制备的焊料不含铅和锑，温度循环特性优异，抗冲击性好，能够降低电迁移，且有效避免多元合金的成分偏析和组织粗大化，将其用于车载电子器件中提升了钎焊界面的可靠性，从而解决了现有技术中车载电子器件用无铅焊料存在的多元合金成分偏析和元素偏聚、抗温度循环能力及耐外力冲击能力差、电迁移现象的技术问题。

技术领域

本发明涉及钎焊材料领域，具体涉及一种无铅环保焊料及其制备方法和用途。

背景技术

近年，新能源汽车(混合动力汽车、电动汽车)蓬勃发展，特别是汽车的智能化发展迅猛，可以预期汽车将同智能家居和移动终端一样，成为人们生活中不可或缺的电子产品。汽车中的机械部件正在向电子部件更迭推进，然而汽车作为交通运输的基本功能仍然存在，其使用的内外部严酷的环境也不会改变，并且相对的有限空间和轻量化对车载电子的小型化需求迫切，其组装焊点越来越小，因而单位焊点所承载的力学、电学和热学负荷成倍增加，这无疑对车载用焊料的可靠性提出更高要求。

当前应用较多的无铅焊料，以Sn-3.0Ag-0.5Cu为例，Cu基体在熔融焊料中的溶解和扩散较快，增大了焊点和基体间界面上形成金属间化合物(IMC)的速率，并且在后续使用中在温度作用下会因原子的扩散导致IMC长大过快，而焊点的破坏主要是焊料基体与界面处富Cu的IMC脆性断裂的结果。界面板层状分布的粗大金属间化合物脆性较大，会降低界面的力学完整性，使得界面弱化并引起焊点在金属间化合物与焊料边界上萌生损伤和最终破坏。因而该类焊料即便用于车载电子器件中也仅能够满足应用于离发动机较远的部位和非控制型的车载娱乐系统中，而在控制电路部分，特别是设置在发动机附近用以控制发动机工作(被称为ECU)的车载电子电路装置必须能够经长时间以稳定无故障的状态运行，并且从使用温度角度，这种设置发动机附近的车载电子电路使用环境最为严酷，在发动机工作时达到125℃以上的高温环境，而发动机熄火后达到外部环境温度，因此，要求这种焊料能够确保在-40℃以下～+125℃以上的长时间冷热循环负载的可靠性。实际上车载IC工作温度与环境温度之间的还存在一个耗散温度差，典型的变化范围在15-25℃，这就意味着车载电子器件的最大工作温度在140-150℃。而排气系统附近的环境温度甚至可达175℃以上，配置在该区域的IC(集成电路)相应节温更高，通常峰值温度条件常常出现在车辆的有效生命周期剩下不到10％的期间，对于在最大工作环境温度方面执行1000小时惯例寿命测试(的结果)接近完好。因此更为严苛的测试应为-55℃～+150℃的1000次循环、高温恒温时效1000h后，具有规定的结合强度。

另一方面，随着高密度封/组装技术的发展电流密度越来越大，电迁移现象不容忽视，特别是作为车载电子产品。IC中的电子通过与之直接接触的PCB铜箔传导，大多数电流产生的热通过焊料传导，而焊料的电阻率一般为纯铜电阻率的8-20倍，电迁移来自传导电子和扩散金属原子之间的动量交换，且对平均故障时间有直接影响，因此电迁移导致的失效隐患更应严格避免。