[发明专利]一种锡基焊料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锡基焊料及其制备方法，属于电子材料、电子制备技术领域。所述锡基焊料包括Sn、Zn、Bi、Ag和Sb，各组分质量百分比分别为Zn：9.0％，Bi：2.0％，Ag：1.0％~2.0％，Sb：1.0％~2.0％，余量为Sn。本发明提供的新型锡基无铅焊料可替代传统的锡铅焊料，具有较低的熔点、良好的浸润性，良好的机械强度、热疲劳性，结合强度高，可焊性高；本发明通过优先制备Sn‑Ag中间合金，再将所需合金元素按要求进行配比，真空封装进玻璃试管，熔炼制备得到Sn基新型无铅焊料，既能保证微合金元素更均匀的添加到焊料合金中，又能保证成分的准确控制，以及良好的微观结构；最后得到的焊料的结合强度高，可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种锡基焊料及其制备方法，属于锡基无铅焊料技术领域。

背景技术

随着人们环保意识的增强以及微电子封装技术不断提高，焊点尺寸也趋微小化。焊点需要承担较重的电学、力学、热学负荷，对研发出具有高可靠性和耐用性的新型锡基焊料提出新的挑战。传统的Sn-Pb焊料因其熔点低、塑性好、对Cu及其它某些合金具有良好的润湿性以及成本低廉等优点而被广泛应用于现代电子封装工业中。但Pb及其化合物具有毒性，会污染土壤和水源，对生物体的生长发育和环境造成严重影响。因此，Sn-Pb焊料中的Pb应被去除或取代，以保护环境与生物体免受污染。WEEE和RoHS两大指令的推出促进了无铅焊料的研究和应用。此外，由于电子产品废弃物数量的增加，既浪费了资源又污染了环境。因此，电子产品的无铅化成为必然趋势，开发能替代传统Sn-Pb焊料的无铅焊料具有重要意义。

为了使无铅焊料合金满足相关法规要求，且具有与传统的Sn-Pb焊料相差不大的熔点，良好的力学性能和焊接可靠性等特点，无铅焊料的研究正逐步深入。研究者对Sn-Ag-Cu系和Sn-Zn系无铅焊料的研究相对较多。其中，Sn-Ag-Cu系无铅焊料具有良好的力学性能、润湿性能以及抗疲劳性能，其蠕变速率相对较低，已成为目前标准的无铅焊料，但此焊料的熔点与传统的Sn-Pb焊料相比较高。Sn-Zn系无铅焊料因其熔点接近传统的Sn-Pb系焊料、可兼容现有工艺设备、力学性能优异、Zn资源丰富、成本低廉以及Zn可以抑制Sn晶须的生长等优点而备受关注，被认为是Sn-Ag-Cu系无铅焊料最有力的竞争者，极有可能成为未来的主流无铅焊料。但Sn-Zn无铅焊料某些方面存在不足。

首先，Sn-Zn合金与传统Sn-Pb焊料或Sn-Ag-Cu系无铅焊料相比，焊接润湿性能不佳。其次，抗氧化腐蚀性能不高，在焊接过程中，焊料易氧化，导致焊料与焊盘之间很难形成牢固的冶金结合，使焊点可靠性下降；同时，焊点服役过程中也存在表面氧化风险。再者，高Sn 含量的合金（质量分数约为 95-99.3%）已经被证明在空洞的形成方面是有问题的，在凝固过程中过冷度大，在时效过程中过于快速的形成 IMC 和界面 IMC剥落。焊点服役过程中，焊料与基板界面处具有本征脆性的金属间化合物过度生长，焊点在受到震动、机械冲击等条件时沿此界面开裂，导致焊点失效。特别是在手持电子设备快速发展的今天，焊点的机械性能显得格外重要。

针对Sn-Zn系无铅焊料存在的不足之处，已有很多人展开了相关研究，目前主要通过合金化方法来改善其不足；随着现代工业的迅猛发展，对无铅焊料的使用性能都提出了越来越高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锡基无铅焊料，所述焊料包括Sn、Zn、Bi、Ag和Sb元素，其中：Zn的质量百分比为9.0％，Bi的质量百分比为2.0％，Ag的质量百分比为1.0％~2.0％，Sb的质量百分比为1.0％~2.0％，余量为Sn；该焊料相比目前的无铅焊料具有较低的熔点，良好的浸润性、机械强度、热疲劳性，结合强度高、可靠性高，以适应现代电子产品的发展趋势，适合用于通讯器材，汽车，电子组装与封装等焊接的锡基无铅焊料。

本发明的另一目的在于提供所述锡基焊料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按质量比1:1称取纯金属原料Sn和Ag，采用真空感应熔炼，电磁搅拌作用保证合金成分均匀，制备得到Sn-Ag中间合金。