[发明专利]供电子部件中接线用的无铅焊料

说明书

本发明涉及供电子部件中接线之用的无铅焊料。特别地，本发明涉及锡—银—铟—铋系列可焊接性优越的无铅焊料。

每一种焊料具有适合其使用场合的独特性质。通常的焊料中，熔化温度和凝固温度的范围是重要的。

即，用于特定用途所选的焊料应具有低的熔化温度，其低的程度应不会引起邻近的温度敏感部件的损坏。而且，在焊接完成之后，焊接的材料必须具有高的熔化点范围，使得连接的状态将是温度稳定的。

而且，焊料一般是由发生易熔反应的组合系统构成的。因而，如果焊料具有不同于相关易熔组成的特殊组成，则穿过焊接后开始凝固的液态线而使得液相和固相共存，并且然后到达凝固完成的固态线，这就是该特定组成的凝固温度范围。如果凝固温度范围大，则凝固时间长，并可能出现收缩现象。因而重要的是焊料组成应具有尽可能小的凝固温度范围。在连续焊接过程中具有小的凝固温度范围的焊料是有利的。

此外，对基材料的浸润性必须优越，使得可焊接性优越，并且焊接后的结合强度高。

具有上述性质的传统的焊料之一是Sn-Pb系列合金。这种焊接合金的各种力学和物理性质是优越的，因而广泛用于诸如管道和热交换器结构，以及一般的电子部件中。

然而，Sn-Pb合金包含不分解的金属铅，如果铅一旦被人体摄取，它不能被排出而是在人体中聚集。例如，美国疾病预防中心报告，血液中的铅浓度如果超过10μg/dl，则将是致命的。特别，铅的聚集引起儿童智力的减退，并且铅的废料污染土壤。

特别地，传统的诸如50Sn-50Pb和70Sn-30Pb的焊料可用于广泛的温度范围，构成强力机械连接部件，并用来焊接铜件。然而发现铅溶解到水中对人体健康在常时期构成有害影响。于是对于在焊接输送饮用水的管道中使用铅已开始作出规定。

作为使用铅和含铅化合物的规定的例子，在美国于1978年完全禁止在消费者漆中使用铅，并且美国环保局(EPA)在有毒物质控制条例(TSCA)中颁布了一个规定：有责任回收含铅物料。而且，美国众议院提出为了形成Pb-清除基金，征收100-200％的税(HR2479)。进而，参议院形成铅暴露法令(S-729)，提出对于工业铅的使用作出完整的规定。又美国职业安全与健康局(OHSA)对于空气和工作中可忍受的铅含量规定了铅标准。这个规定声称雇佣的人员在铅中暴露应该为低于高铅浓度气氛的下限。于是，在美国铅的使用特别是50Sn-50Pb的使用对于管线的连接是被禁止的，并且含铅焊料的的使用在有关饮水的场合是被禁止的。而且使用含铅焊料对于管线连接以外的目的也是被禁止的。这种趋势在国内场合是类似的。

由于出现了这样的禁止用焊接铅的规定，从而开始研制无铅焊料。例如，美国专利5,256,370透露了用于连接和密封电子部件的无铅焊料。上述专利的无铅焊料包含50-92％的Sn，1-6％的Ag研究4-35％的In，并且其特点在于，它在用于电子部件的情形下包含有大量的铟。但是铟是昂贵的，特别地，如果铟的添加在5％或更多，则微观结构包含r-Sn相。而且根据温度的变化，r-Sn相(六方晶系)转移为β-Sn相(面心立方晶系)，结果焊接部分的可靠性受到不利影响。又如，在美国专利5,328,660中，无铅焊料中In的含量达9.8％，也存在上述类似的问题。本发明旨在克服上述传统技术的缺点。

作为不断研究和反复实验的结果，本发明者们提出本发明。

本发明的目的在于提供一种供电子部件中接线用的无铅焊料，其中铟和铋是混合添加的以便抑制r-Sn的形成并改进浸润性，使得焊料能具有适用于电子部件接线的熔点，并且凝固温度的范围较狭窄，力学性质优越，并且可焊接性优越。

为达到以上目的，无铅焊料按重量％的组成为：3-4％的Ag，2-5％的In，6-14％的Bi以及其余为Sn。

本发明的以上的目的和优点通过参照附图对本发明较佳实施例的详述将变得更为明显，这些附图是：

图1是一曲线图，表示传统的焊料和根据本发明的焊料的可焊接性；

图2是根据本发明的无铅焊料的一张照片；以及

图3是一曲线图，表示传统的焊料和根据本发明的焊料的力学性质。

包含在根据本发明的无铅焊料中的组份Ag起到改进浸润性及热疲劳性的作用。其含量最好应为3-4重量％(以下由％表示)。其原因如下。如果其含量小于3％，浸润性与热疲劳性降低，而如果其含量多于4％，其熔化温度陡然升高，而且无助于改进浸润性。