[发明专利]一种低温无铅焊料合金及其真空铸造方法

说明书

本发明公开了一种低温无铅焊料合金，其特征在于：组成物及质量百分比为Zn 8%~15%、Bi 5%~12%、In 4%~10%、Ag 0.1%~1.5%、Mg 0.05%~1%、M 0.01%~2%，其余为Sn和不可避免的杂质，其中，Sn的质量百分比不低于58.5%，M为RE或V、Zr、Ga、Ge中的至少一种元素；本发明提供的锡基低温合金焊料具有优异的润湿性能及良好的力学性能，焊点的可靠性都得到了提升，同时通过在真空条件下进行熔炼，可避免金属在熔炼过程中的氧化烧损及氧化渣对焊点可靠性的影响，可应用于加热温度不宜高的电子元器件的焊接，满足电子产品轻薄化发展的需求。

技术领域

本发明涉及一种高可靠性无铅焊料合金及其真空铸造制备方法，属于电子产品连接材料领域。

背景技术

随着电子制造技术的不断发展与创新，电子产品正在向越来越轻薄，越来越微小的趋势发展。由于基板的短小，导致焊点间距越来越窄，对电子封装技术的要求也就逐渐提高，焊点的可靠性显得至关重要，人们也更加的关注高性能的电子封装技术。在制造电子产品的过程中，连接元器件和基板的方法就是钎焊，钎焊的好坏，直接影响了焊接质量的好坏，是十分重要的一个环节。但是铅及其化合物是有毒的，会对环境和人类的健康造成损坏，因此各国纷纷立法限制铅的使用，促进了电子产品无铅化的发展。

虽然Sn-Zn系无铅焊料在日本己经有不少的公司开始研发生产，但是在其他国家，Sn-Zn系无铅焊料很少被使用，因为Sn-Zn系无铅焊料由于Zn的活泼性，十分容易氧化，不仅会使润湿性变差，还会导致焊接可靠性下降，同时在做成焊膏后，很难被保存，因此Sn-Zn系无铅焊料的研制和推广还需要进一步的努力，开发一款低成本、高可靠性的低温焊料是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种高可靠性无铅焊料合金，其组成物及质量百分比为Zn 8%~15%、Bi 5%~12%、In 4%~10%、Ag 0.1%~1.5%、Mg 0.05%~1%、M 0.01%~2%，其余为Sn和不可避免的杂质，其中，Sn的质量百分比不低于58.5%，M为RE或V、Zr、Ga、Ge中的至少一种元素。

所述RE选自Gd、La、Y、Ce中的至少一种。

按无铅焊料合金中的所有组成物总量计，V的质量百分比为0~0.5%、Zr的质量百分比为0~0.5%、Ga的质量百分比为0~0.5%、Ge的质量百分比为0~0.5%。

本发明另一目的是提供上述低温无铅焊料合金的真空铸造方法，具体步骤如下：

（1）将Sn、Zn、Bi、In、Ag、Mg、M去除氧化层后，烘干预热至40℃；

（2）在真空条件下，取一部分Sn在240~250℃下先熔化成熔池后，再加入剩余的Sn；

（3）待Sn全部熔化后，升温至270℃，将Bi、In、Ag、M分别分2~4次加入熔化的Sn中，其间保持温度在250~270℃，待所有合金都加入完毕后在270℃保温5~10分钟；然后将Zn、Mg加入，在260~270℃下搅拌混匀，搅拌后静置10~20分钟，在270℃撇去表面浮渣，得到锡合金熔体；在270℃下对锡合金熔体进行真空铸造，获得无铅焊料锡合金铸件。

所述步骤（2）中先熔化的Sn占Sn总质量的20~40%.

所述真空铸造为将锡合金熔体在270℃下浇注到预热至100~120℃的金属模具中，在真空中冷却成型。