[发明专利]SnZn系无铅焊料及其制备方法

说明书

一种SnZn系无铅焊料，按质量百分比的组成包含：Zn，8.0％～15％；Bi，0.50％～3.0％；In，0.50％～2.0％；Ni，0.10％～1.0％；Mn，0.10％～1.0％；P，0.050％～1.0％；余量为Sn。该SnZn系无铅焊料具有润湿性能好、熔点适中、与基底结合强度高、可靠性好、成本低廉的特点，可作为SnPb系焊料的替代品。

技术领域

本申请涉及电子材料领域，尤其涉及一种SnZn系无铅焊料及其制备方法。

背景技术

在传统电子封装工业中，共晶与近共晶的Sn-Pb钎料由于具有众多的优异性能，例如操作简单、成本低廉、对铜基板润湿性良好等，而得到了广泛应用。近年来，随着人们对铅及其合金的危害性的深入了解和环保意识的提高，世界各国及相关组织推出了很多法案限制甚至禁止含铅钎料在电子封装工业中的应用，这使得电子封装领域的无铅化成为当下发展的必然趋势。

目前国内外对中低温无铅焊料的研究主要集中在Sn-Ag系无铅焊料、Sn-Cu系无铅焊料、Sn-Ag-Cu系无铅焊料和Sn-Bi系无铅焊料等，并通过添加少量或微量的Ag、Bi、Cu、In、Ni、P、Sb等元素以改善合金焊料的性能。Sn-Ag系无铅焊料的熔点为221℃，该焊料在Cu基体上的润湿性较差，市场接受度较差。Sn-Cu系无铅焊料的熔点为227℃，其合金组织为Sn基体和Cu₆Sn₅金属间化合形成的共晶组织，由于Cu₆Sn₅热稳定性差，容易粗化，因此Sn-Cu系无铅焊料的强度和塑性都较差，此外其较差的润湿性能和机械性能也限制了其在工业中的应用。Sn-Ag-Cu系无铅焊料综合了Sn-Ag无铅焊料和Sn-Cu无铅焊料的优点，但当其中Ag的含量较高时，原料成本较高；Ag的含量较低时，又存在性能不佳、可靠性差的问题。由此可见，Sn-Ag系无铅焊料、Sn-Cu系无铅焊料和Sn-Ag-Cu系无铅焊料都有较高的熔点(通常高于220℃)，一方面与现有的工艺条件不兼容，另一方面会导致生产过程中能耗的上升，提高生产成本；同时，这三种焊料的润湿性能不良，可靠性方面也存在问题。至于Sn-Bi系合金，相对现有工艺条件而言其熔点偏低(共晶熔点139℃)，此外Bi相在Sn基体中沉积，并不与Sn发生反应，导致该合金焊料的塑性差、脆性大、加工性能不佳、可靠性差，因此在生产中及使用存在巨大的限制。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种SnZn系无铅焊料及其制备方法，所述SnZn系无铅焊料具有润湿性能好、熔点适中、与基底结合强度高、可靠性好、成本低廉的优点。

为了达到上述目的，在本申请的第一方面，本申请提供了一种SnZn系无铅焊料，按质量百分比计，其组成为Zn，8.0％～15％；Bi，0.5％～3.0％；In，0.5％～2.0％；Ni，0.10％～1.0％；Mn，0.10％～1.0％；P，0.050％～1.0％；余量为Sn。

在本申请的第二方面，本申请提供了一种SnZn系无铅焊料的制备方法，用于制备本申请第一方面所述的SnZn系无铅焊料，包括步骤：(1)称取原料Sn、Bi、In、Ni、Mn、P并分别将Bi、In、Ni、Mn、P与Sn进行混合，然后分别进行第一次真空熔炼，结束后得到SnBi合金、SnIn合金、SnNi合金、SnMn合金、SnP合金；(2)按照待制备的SnZn系无铅焊料的成分，将SnBi合金、SnIn合金、SnNi合金、SnMn合金、SnP合金与原料Sn、Zn混合，然后进行第二次真空熔炼，结束后浇注到模具中，冷却凝固后得到SnZn系无铅焊料。

相对于现有技术，本申请的有益效果为：

本申请的SnZn系无铅焊料具有润湿性能好、熔点适中、与基底结合强度高、可靠性好、成本低廉的特点，可作为SnPb系焊料的完全替代品。

附图说明