[发明专利]无铅钎料合金

说明书

本发明涉及适用于钎焊电子元件而不造成热损伤的完全不含铅的钎料合金。

Sn-Pb合金很早就已经用于钎焊，而且现在仍然广泛应用于将电子元件钎焊到印刷电子线路板或其它基板上。

当电子产品，包括电视机、收音机、录音机或录像机、计算机、复印机或打印机等要废弃时，需要埋入填埋场，因为它们含有各种材料，如用作外壳和印刷电路板的合成树脂、用作导线和其它起通电作用的金属以及框架材料，从而不适合于通过焚烧进行处理。

近年来，主要由于广泛使用如汽油和(重)燃油等化石燃料将硫的氧化物排入大气中，雨的酸性不断提高，因此酸雨现象已成为一个严重的问题。酸雨使存在于填埋场中废弃的电子产品中的钎料溶解并渗入土地中。如果人体长期饮用这种受污染的地下水，那么铅在人体中的积累就可以造成铅中毒(铅毒症)。因此，在电子工业中需要一种无铅的钎料合金。

传统的无铅钎料合金是Sn基合金，如Sn-Ag合金和Sn-Sb合金。在Sn-Ag合金中，Sn-3.5Ag合金为共晶成分，其熔点为221℃。即使这种在Sn-Ag合金成分范围中具有最低熔化温度的共晶成分，在用作钎料合金时，钎焊的温度也会高达260℃到280℃，这会在钎焊过程中使对热敏感的电子元件造成热损伤，从而使电子元件性能劣化或破坏。在Sn-Sb合金中，Sn-5Sb合金具有最低的熔化温度，但其熔化温度也高达固相线的235℃和液相线的240℃。因此，钎焊温度在280℃到300℃之间，比Sn-3.5Ag合金的钎焊温度还高，所以不能避免对热敏感的电子元件造成热损伤。

考虑到Sn-Ag合金和Sn-Sb合金用作钎料合金熔化温度比较高，已经提出了许多降低它们熔化温度的方法。例如，特开平6-15476(1994)，特开平6-344180(1994)，特开平7-1178(1995)，特开平7-40079(1995)和特开平7-51883(1995)。

为了降低熔化温度，这些日本专利申请中给出的钎料合金成分含有大量的Bi和/或In，虽然Bi和In都有效降低Sn-Ag和Sn-Sb合金的熔化温度，但是加入大量的Bi和/或In会产生以下问题。加入大量的Bi会使钎料合金变得很硬而脆。结果使这些钎料合金不可能或难以通过塑性加工成为线材，或者在用于钎焊电子元件时，钎焊接头即使只受到很轻微的冲击也容易开焊。在钎料合金中加入大量的铟由于成本很高而不受欢迎。

为了避免钎焊过程中对电子元件的热损伤，钎焊温度应为250℃或更低，而为了在这样的温度下进行钎焊，希望钎料合金的液相线为210℃或更低，优选的是200℃或更低。

然而，除非加入大量的Bi和/或In，采用上述加入Bi和/或In来降低Sn-Ag和Sn-Sb钎料合金的熔化温度的方法，是难以将液相线温度降低到200℃或更低的。而且，即使可能通过这样的方法获得一种液相线温度为200℃或更低的钎料合金，其固相线温度，即该合金完全凝固的温度可能会降低得更多，因而会使由钎焊形成的钎焊接头处的钎料合金完全凝固的时间变长。结果是，如果钎焊接头在完全固化前受到任何振动或冲击就会开裂。

传统无铅钎料合金的另一个问题是，那些液相线温度低到足以与它们的固相线温度接近的无铅合金的力学性能如拉伸强度和延伸率不能令人满意，因而形成的钎焊接头结合强度低或者易于因受冲击而开焊。

本发明的一个目的是提供一种无铅钎料合金，其液相线温度低于210℃，优选的是低于200℃，合金凝固或基本凝固的固相线温度或峰值温度与液相线温度比较接近。

本发明的另一个目的是提供一种在用于钎焊时结合强度好的无铅钎料合金。

本发明的一个更为具体的目的是提供具有以下性质的无铅钎料合金：

1)可以在250℃以下的钎焊温度使用，优选的是在230℃到240℃的钎焊温度使用，以便防止在钎焊过程中造成对热敏感的电子元件的热损伤。

2)具有很好的可钎焊性。

3)在液相线和固相线之间具有窄的(凝固)温度范围(或凝固基本完成的峰值温度)，使得所说的合金在钎焊后可以快速凝固，以防止钎焊后在立即受到振动或冲击时使所得的钎焊接头开裂，所说的温度范围与Sn-Pb合金的共晶温度接近。

4)形成的钎焊接头具有足够高的结合强度以防止所说的钎焊接头因受冲击而开焊。

5)容易通过塑性加工形成线材，使其可以用钎焊烙铁进行钎焊。