專利名稱：一種無鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接所用焊料領(lǐng)域，涉及一種焊接材料，更具體地說是一種微電子封裝用無鉛焊料。
背景技術(shù)：
目前，用于微電子封裝用典型焊料是Sn-H3合金，具有成本低廉、導(dǎo)電性好、力學(xué)焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)。但鉛和鉛的化合物為有毒有害物質(zhì)，焊料在生產(chǎn)和使用過程中危害人體健康，容易致癌，焊接廢棄物也會嚴(yán)重污染環(huán)境。伴隨環(huán)保意識的增強(qiáng)，歐盟WEEE、RoHS 等禁鉛法令相繼實(shí)施。我國的《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》也規(guī)定自2006年7月1 日起實(shí)行焊料無鉛化，嚴(yán)格的禁鉛條例帶來了封裝業(yè)對于無鉛焊料的更高要求。目前主流產(chǎn)品是SnAgCu和SnCu兩大類，占有無鉛市場份額的80%以上。SnAgCu 焊料的優(yōu)點(diǎn)是合金中彌散分布有微細(xì)的Ag3Sn和Cu6Sn5等金屬間化合物強(qiáng)化相，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的機(jī)械性能和高溫穩(wěn)定性；與鍍1 元器件兼容較好，由熔1 引起的焊點(diǎn)剝離情況比其他無鉛焊料少。主要缺點(diǎn)為熔點(diǎn)(約217°C)比Srfb共晶合金高，浸潤性比Srfb焊料差。 SnCu焊料的優(yōu)點(diǎn)是原料價格便宜；慢冷時焊接表面的孔洞較少。缺點(diǎn)是熔點(diǎn)高，浸潤性較 SnAgCu焊料差，耐高溫性能較差，與鍍1 元器件兼容性差等。SnAg焊料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和可操作性，添加In、Bi可大幅降低熔點(diǎn)O08 212°C )。主要缺點(diǎn)為金屬h價格昂貴，與鍍1 元器件兼容性差等。SnSi焊料的優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)與Srfb焊料最接近(190 197°C)，原料價格便宜，連接強(qiáng)度高等。SnSi焊料在歐美已經(jīng)實(shí)用化，日本廠家則通過改良焊劑，在大氣中釬焊，達(dá)到不亞于Srfb焊料的封裝效果。缺點(diǎn)是Si較活潑，易氧化腐蝕，必須在氮?dú)庵羞M(jìn)行回流焊，此外浸潤性極差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足之處，提供一種具有熔點(diǎn)低、 潤濕性好、成本低、抗氧化能力好的無鉛焊料，從而為微電子行業(yè)封裝提供優(yōu)質(zhì)的焊接材料。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種無鉛焊料，其特征在于按重量百分比含有:Ag :0. 5-1 %、Cu :0. 3-0. 7 %、Bi 1-3 %、P :0. 0002-0. 0005 %、Ce 0. 01-1 Ni 0. 01-0. 15%，其余為 Sn。Bi元素在焊料中具有降低熔點(diǎn)的作用，但如果Bi的含量偏高，會出現(xiàn)片狀粗大 Bi相，造成焊料脆性和抗疲勞性能變差；當(dāng)Bi含量超過20%時，則會出現(xiàn)焊料中不允許存在的熔點(diǎn)為139°C的低熔共晶組織。為此，本發(fā)明提供的無鉛焊料中Bi的含量控制在1 3 %，目的在于獲得較低焊料熔點(diǎn)的同時避免出現(xiàn)低熔共晶組織。加入0. 3 0. 7% Cu元素能夠抑制焊接過程中的熔Cu現(xiàn)象，可提高焊點(diǎn)的機(jī)械性能，尤其是抗疲勞性能，從而強(qiáng)化了焊料合金。添加極微量的P可以使液態(tài)焊錫在焊接過程中有極好的抗氧化作用。由于P在液態(tài)焊錫過程中分布在液面上，使得P與Sn、02等元素作用生成一層很薄又十分致密的含氧酸鹽保護(hù)膜。該保護(hù)膜可阻礙02對焊料的氧化，使焊錫在焊接過程中處于新鮮狀態(tài)，從而確保了焊點(diǎn)的質(zhì)量，并能夠防止大量錫渣的產(chǎn)生，降低了錫的損耗。鈰(Ce)是稀土元素，熔點(diǎn)789°C，沸點(diǎn)3^6°C，密度6. 77g/cm3，它是灰色活潑金屬，在空氣中易氧化失去光譯，加熱燃燒，易溶于酸，是合金材料，它可脫氧、脫硫、均勻細(xì)化晶粒、提高機(jī)械性能和抗氧化能力，可降低熔點(diǎn)，在合金液面加入的氯化鉀為復(fù)蓋劑，防止燃燒氧化形成鈰的化合物和鈰的升華，其效果很好。通過采取上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益的效果(1)由于焊料合金熔點(diǎn)低， 因此焊接過程中可采用偏低的工藝溫度，與目前使用Sn-Pb焊料的電子元件及材料具有兼容性；( 焊料具有良好的抗氧化性能，焊接過程可不用N2氣保護(hù)，而且降低了錫渣的損耗；⑶Ag用量減少，降低了原材料成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本發(fā)明提供的一種無鉛焊料，與現(xiàn)有的Sn-Ag-Cu焊料合金相比，具有無毒性、機(jī)械性能和電氣性能好、抗氧化性和耐腐蝕性優(yōu)良，抗蠕變疲勞特性好、有良好的潤濕和鋪展性，焊點(diǎn)可靠性高且價格低廉，以及良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例一本實(shí)施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Ag 0. 6%, Cu 0. 4%, Bi :1%、P :0. 0002%, Ce :0. 02%, Ni :0. 05%，其余為 Sn。該配方得到的產(chǎn)品，熔化溫度210 215°C，拉伸強(qiáng)度80MPa，延伸率70%。具體實(shí)施例二 本實(shí)施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Ag 0. 7%, Cu 0. 5%, Bi :2%、P :0. 0003%, Ce :0. 05%, Ni :0. 1%，其余為 Sn。該配方得到的產(chǎn)品，熔化溫度205 210°C，拉伸強(qiáng)度82MPa，延伸率75%。具體實(shí)施例三本實(shí)施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Ag 0. 8%, Cu 0. 6%, Bi :3%、P :0. 0005%, Ce :l%、Ni :0. 12%，其余為 Sn。該配方得到的產(chǎn)品，熔化溫度200 205°C，拉伸強(qiáng)度85MPa，延伸率78%。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，在實(shí)際應(yīng)用時，可根據(jù)不同性能要求及使用場合，選擇上述實(shí)施例中的不同配比，或除上述各實(shí)施例以外的不同配比，但均不以任何形式限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種無鉛焊料，其特征在于按重量百分比含有Ag 0. 5-1 Cu 0. 3-0. 7 Bi 1-3 P 0. 0002-0. 0005 Ce :0. 01-1 Ni 0. 01-0. 15%, 其余為Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料，其特征在于按重量百分比含有Ag:0. 6%, Cu 0. 4%, Bi :1%, P :0. 0002%, Ce :0. 02%, Ni :0. 05%,其余為Sn。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料，其特征在于按重量百分比含有 Ag 0. 7%, Cu 0. 5%, Bi :2%,P :0. 0003%, Ce :0. 05%, Ni 0. 1%,其余為Sn。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料，其特征在于按重量百分比含有 Ag 0. 8%, Cu 0. 6%,Bi :3%,P :0. 0005%, Ce :l%,Ni 0. 12%, 其余為Sn。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型開發(fā)的無鉛焊料，其特征在于它由下述重量百分比的組成Ag0.5-1％、Cu0.3-0.7％、Bi1-3％、P0.0002-0.0005％、Ce0.01-1％、Ni0.01-0.15％，其余為Sn的低成本高性能微電子封裝用無鉛焊料，滿足市場對于焊料無鉛和效益的雙重要求。本發(fā)明提供的無鉛焊料，具有無毒性、機(jī)械性能和電氣性能好、抗氧化性和耐腐蝕性優(yōu)良，抗蠕變疲勞特性好、有良好的潤濕和鋪展性，焊點(diǎn)可靠性高且價格低廉，以及良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)。
文檔編號B23K35/26GK102233488SQ201010167709
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者朱朋武 申請人:寧波卓誠焊錫科技有限公司