本發(fā)明涉及一種BiSbAg系高溫無鉛焊料及其制備方法，屬于高溫軟釬料技術領域。

背景技術：

多數(shù)已知的芯片連接方法都是采用高溫焊料將集成電路中的半導體芯片連接在引線框上以形成機械連接、并使芯片和引線框之間能夠進行熱傳導和電傳導。隨著電子設備微型化、多功能化的發(fā)展，先進的電子封裝技術也隨之發(fā)展起來，例如倒裝芯片(FC)封裝技術、多芯片模組(MCM)封裝技術等。在高端倒裝芯片封裝中，也需要用到高溫焊料；在多芯片模組封裝中，經(jīng)常需要多步焊接，其中初級封裝要先使用高溫焊料，以保證第二步用低溫焊料做焊接時焊接點的固定。高鉛合金焊料[w(Pb)>85％]是目前半導體封裝領域應用最為廣泛的合金焊料。在歐盟發(fā)布的RoHS指令引導下，各國已相繼立法來限制鉛在微電子行業(yè)中的使用，然而，高鉛合金焊料卻由于目前還沒有合適的替代品，在RoHS指令中得到了豁免。盡管如此，隨著各國無鉛化法律的日益健全以及國內外對高溫無鉛焊料的研究日漸成熟，高鉛合金焊料的最終無鉛化是必然趨勢，因此綜合性能優(yōu)異的高溫無鉛焊料的市場需求十分緊迫。各國的科研工作者們也一直在努力，試圖尋找一種可以替代傳統(tǒng)高鉛合金焊料的無鉛產(chǎn)品。目前的研究主要集中在80Au-Sn合金、Bi基合金、Sn-Sb基合金、Zn-Al基合金以及高溫復合焊料。

80Au-Sn焊料：80Au-Sn共晶焊料的熔點為280℃，與高鉛合金焊料的熔點最相近。該焊料與低熔點的無鉛共晶釬料相比(約220℃)，具有更大的穩(wěn)定性和可靠性。但是該焊料由于w(Au)為80％，成本太高，使其產(chǎn)業(yè)化應用受到很大的限制。而且，80Au-Sn焊料的拉伸強度較大，而延伸率較低(2％)。同時80Au-Sn焊料的另一主要缺陷是共晶成分附近的液相線較陡，由于Sn與焊料下的金屬阻擋層反應而導致共晶成分偏離，進而導致熔點升高而使得焊料過早凝固。

Zn-Al焊料：Rettenmayr等和Shimizu等分別提出用Zn基合金來取代95Pb-5Sn焊料實現(xiàn)芯片連接。但是Zn基合金加工性能差，且容易氧化而導致潤濕不良，并且Zn基合金可靠性差，因此其產(chǎn)業(yè)化應用受到了很大的限制。

Sn-Sb焊料：由于Sn-Sb[w(Sb)≤10％]合金熔化區(qū)間較窄(240-250℃)，且與現(xiàn)有焊料兼容性良好，曾受到研究者的青睞。然而其熔點較低，特別是焊料無鉛化以 來現(xiàn)有焊料的熔點較Sn-Pb共晶合金的高(一般高30-40℃)，分裝溫度進一步提升導致多級組裝時后續(xù)回流溫度或波峰焊溫度會超過其熔點，從而影響封裝器件的可靠性。

Bi基合金：Bi基合金由于熔點合適(270℃左右)，被認為是取代傳統(tǒng)高Pb焊料的高溫無鉛候選焊料。然而，該合金性能較差，如脆性很大，加工性差和與基體結合強度弱，故實際應用問題較大。同時該合金的導電、導熱性能較差。Bi-2.6Ag共晶焊料是研究得最多的Bi基合金，其熔點約為263℃，常溫下Bi和Ag的互溶度很小。盡管有研究結果認為Bi合金線的延伸率比SnAg25Sb10合金(J合金)的要好，但是Bi-Ag焊料的塑性還是很低，隨著Ag含量的增加Bi-Ag合金強度增大，但總體上其強度比J合金要小，而且也增加了合金成本。

霍尼韋爾國際公司專利CN1507499A公開的Bi-Ag高溫無鉛焊料，該焊料進一步添加了Ni、Ge、P元素中的一種或幾種以提高焊料的抗氧化性能，但是該合金的脆性問題仍難解決；美國銦泰公司專利CN102892549A公開了一種混合合金焊錫膏，該焊錫膏是由第一焊料合金粉末、第二焊料合金粉末與助焊劑混合，利用復合添加的研究思路；日本千住公司專利EP1952934A1在Bi基體粉末中混合了第二、第三粒子來改善Bi基合金的力學性能，雖然獲得了較好的效果，但一方面所混合的第二粒子或增強粒子的尺寸相比較大，另一方面選用Bi-Sn基合金添加Sb、Ag元素，屬于Bi-Sn的過共晶合金體系范疇，組織中會有粗大的初生Bi相，直接影響合金焊料的可靠性。因而對焊點性能改善仍不大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足之處，提供一種高溫軟釬焊領域的新型BiSbAg系高溫無鉛焊料合金，該合金熔點，強度高、潤濕性較Bi2.6Ag合金有很大改善，且綜合性能優(yōu)異。

本發(fā)明的新型BiSbAg系高溫無鉛焊料合金，合金組織為包共晶或近包共晶合金，晶粒細小，無粗大的初生相，同時由于Sb元素和Bi無限固溶，添加的Sb原子部分取代Bi晶胞中的Bi原子的位置，改變了Bi原子結構的本身分布結構，可最大限度的消除凝固過程中Bi自身冷漲現(xiàn)象嚴重而引起的應力集中，實現(xiàn)共同分擔應力的效果，從而從根本上提高了焊料Bi基合金強度低、脆性大的問題。同時，本合金體系為包共晶或近包共晶結構，合金同步凝固可以縮短熔程，避免焊接過程中熔程太大導致的焊接缺陷問題。微量Cu元素的添加，由于Cu不與基體中的Bi、Ag、Sb發(fā)生反應，少量在合金基體中固溶于Bi中，起到固溶強化的作用，改善基體的塑、韌性；擴散至界面處的大量的Cu能夠與基板處的Cu互擴散，直接提升合金焊 料的潤濕鋪展性能及焊點界面處的結合強度。In作為韌性元素，固溶強化，提高合金基體的綜合性能。Ce的還原性強于Bi，Sb元素，能夠優(yōu)先于基體元素氧化，提高合金材料的抗氧化性能，間接提高焊料的鋪展性能。Sn、Zn元素有利于與Cu基板反應，增加潤濕性；Ni元素與基板Cu有一定的固溶度，也能促進合金的鋪展性能，并且提高焊料的力學性能。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種BiSbAg系高溫無鉛焊料，屬于高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，該無鉛焊料合金包含如下組分，按重量百分比計，Sb 2.0-10.5％，Ag 1.6-4.0％，其余為Bi及少量不可避免的雜質，且該焊料合金中Sb和Ag的重量百分比滿足關系式b＝-0.046a²+0.67a+1.11+c，其中a值為Sb的重量百分比，b值為Ag的重量百分比，c的取值范圍為-1.0≤c≤1.0。該無鉛焊料合金中，Sb和Ag的重量百分比優(yōu)選為：Sb 3.0-9.0％，Ag 2.0-3.5％。

c的取值范圍優(yōu)選為-0.8≤c≤-0.001或0.001≤c≤0.8或-0.5≤c≤-0.005或0.005≤c≤0.5或-0.3≤c≤-0.005或0.005≤c≤0.3，更優(yōu)選為-0.15≤c≤-0.05或0.05≤c≤0.15。

所述的無鉛焊料合金還包括Cu、Ni、In、Zn、Sn或Ce中的一種或兩種以上的金屬元素。

所述Cu的重量百分比為0.1-2.5％，其中Cu的重量百分比優(yōu)選為0.3-2.3％，更優(yōu)選為0.6-1.8％，最優(yōu)選為0.7-1.6％。

所述Ni的重量百分比為0.05-2％，其中Ni的重量百分比優(yōu)選為0.25-1.8％，更優(yōu)選為0.5-1.5％，最優(yōu)選為0.6-1.2％。

所述In的重量百分比為0.01-1％，其中In的重量百分比優(yōu)選為0.05-1％，更優(yōu)選為0.1-0.8％，最優(yōu)選為0.2-0.6％。

所述Zn的重量百分比為0.03-1.5％，其中Zn的重量百分比優(yōu)選為0.05-1.2％，更優(yōu)選為0.3-1.2％，最優(yōu)選為0.5-0.9％。

所述Sn的重量百分比為0.01-1％，其中Sn的重量百分比優(yōu)選為0.05-0.8％，更優(yōu)選為0.1-0.6％，最優(yōu)選為0.2-0.5％。

所述Ce的重量百分比為0.05-1.5％，其中Ce的重量百分比優(yōu)選為0.1-1.5％，更優(yōu)選為0.3-1.2％，最優(yōu)選為0.6-1％。

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)制備Bi-Sb中間合金；

2)制備Bi-Ag、Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn、Bi-Ce中間合金中的一種或幾種；

3)將已制成的Bi-Sb中間合金、Bi-Ag中間合金，或Bi-Sb中間合金、Bi-Ag 中間合金及Bi-Cu中間合金、Sb-Ni中間合金、Bi-Zn中間合金、Bi-Ce中間合金和金屬In、Sn中的一種或幾種，按一定的合金配比在熔煉爐中熔化；在所述合金表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至400～600℃，保溫10～20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成BiSbAg系無鉛焊料合金錠坯；所述BiSbAg系無鉛焊料合金中Sb和Ag的重量百分比滿足關系式b＝-0.046a²+0.67a+1.11+c，其中a值為Sb的重量百分比，b值為Ag的重量百分比，c的取值范圍為-1.0≤c≤1.0。

其中步驟1)中所述Bi-Sb中間合金的制備方法包括如下步驟：分別將純度為99.99％(wt.％)的Bi和Sb按照一定的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2-×10^-1Pa，充入氮氣后，加熱到650-700℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出Bi-Sb中間合金。所述的Bi-Sb中間合金可為BiSb20中間合金。

其中步驟1)中Bi-Ag、Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn、Bi-Ce中間合金的制備方法包括如下步驟：分別將純度為99.99％(wt.％)的Bi和Ag、Bi和Cu、Sb和Ni、Bi和Zn、Bi和Ce，按一定的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2-×10^-1Pa，充入氮氣后；分別將合金加熱到400-1100℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出Bi-Ag、Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn、Bi-Ce中間合金。其中Bi-Ag中間合金可為BiAg5，Bi-Cu中間合金可為BiCu5，Sb-Ni中間合金可為SbNi20，Bi-Zn中間合金可為BiZn2，Bi-Ce中間合金可為BiCe5。

采用本發(fā)明的BiSbAg系高溫無鉛焊料所形成的焊點或焊縫，所述的焊點或焊縫采用通用的焊膏回流、波峰焊接，或者熱熔化焊接而成，所述的熱熔化焊接包括預成形焊片、焊帶、焊球和焊絲等，所述焊點或焊縫合金中除包含焊料的成分外，還包括但不限于Cu、Ag、Ni、Au等基板合金元素。所述焊點或焊縫合金重量百分比組成為：Sb 2-10.5％，Ag 1.6-4％，Cu 0.1-10％，Ni 0.05-2％，In 0.01-1％，Zn 0.03-1.5％，Ce 0.05-1.5％，其余為Bi及少量不可避免的基板合金元素。

一種含有利用所述焊料而連接到一個表面上的半導體芯片的電子元器件，其中特別考慮半導體芯片包括硅、鍺和砷化鎵芯片。進一步的，所述焊料以半導體芯片上許多凸點的形式應用于區(qū)域陣列電子封裝中，以起到芯片與封裝基底(一般稱為倒裝芯片)或印刷電路板(即一般所說的電路板上的晶片)之間的電和機械連接作用。作為另一種選擇，所述焊料可以以許多焊球的形式使用，以連接封裝和基底(一般稱為球柵陣列)或者將芯片連接到基底或者印刷電路板上。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的BiSbAg系包共晶或近包共晶焊料合金，晶粒組織細小，固相線溫度 高于260℃，液相線溫度低于300℃，熔程小。BiSbAg系合金中由于Sb元素和Bi無限固溶，因此Sb在凝固過程中會固溶于Bi相組織中，形成細小的Bi-Sb層狀組織分布，從組織上真正解決了因Bi自身冷漲現(xiàn)象嚴重出現(xiàn)應力集中而導致的合金脆性問題，通過改變Bi本身晶體結構的分布，實現(xiàn)共同分擔應力的效果，從根本上改善了合金的脆性。同時Sb的加入，有助于提高合金基體的電極電位，從而提高合金的抗腐蝕能力。

Sb和Ag的重量百分比滿足關系式b＝-0.046a²+0.67a+1.11+c，其中a值為Sb的重量百分比，b值為Ag的重量百分比，c的取值范圍為-1.0≤c≤1.0。滿足該關系式的BiSbAg系焊料合金組織為包共晶或近包共晶組織，合金熔程小，力學性能優(yōu)異。本發(fā)明采用包共晶合金或近包共晶體系而不選用Bi-Ag添加微量元素改善合金性能的思路，是本發(fā)明在合金體系設計上的最大優(yōu)點和創(chuàng)新性。

本發(fā)明中焊料合金的每種元素在其選定的成分范圍固相線溫度均高于260℃，液相線溫度均低于300℃，熔程小。

本發(fā)明公開的制備無鉛焊料合金的方法中先制備出Bi-Sb中間合金，通過Bi-Sb無限固溶機制使得Sb完全固溶于Bi中，使得制備BiSbAg系包共晶或近包共晶焊料合金具有良好的力學性能。因為Bi和Sb的原子半徑、晶格常數(shù)非常接近且近乎相同，晶格類型均為菱方結構，這就決定了Bi和Sb二元合金中更易于形成置換型的無限固溶體，且這種固溶體一旦形成后，再添加第三元合金元素后，想要置換Bi，Sb中的任何一種元素需要的能量均較高，而這一點也就決定了合金宏觀力學性能的顯著提高。本發(fā)明中所述焊料合金的制備方法正是利用這一優(yōu)點，通過先形成Bi-Sb中間合金，使得到的焊料合金表現(xiàn)出更加優(yōu)越的力學性能指標，這也是本發(fā)明在制備方法上的創(chuàng)新點。

下面通過附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護范圍的限制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例2制備的焊料合金的金相組織照片。

具體實施方式

本發(fā)明所述高溫無鉛焊料合金包含Bi、Sb和Ag，其重量百分比為：Sb2.0-10.5％，Ag 1.6-4.0，其余為Bi及少量不可避免的雜質，且該焊料合金中Sb和Ag的重量百分比滿足關系式b＝-0.046a²+0.67a+1.11+c，其中a值為Sb的重量百分比，b值為Ag的重量百分比，c的取值范圍為-1.0≤c≤1.0。

該無鉛焊料合金中，Sb和Ag的重量百分比優(yōu)選為：Sb 3.0-9.0％，Ag 2.0-3.5％。

c的取值范圍優(yōu)選為-0.8≤c≤-0.001或0.001≤c≤0.8或-0.5≤c≤-0.005或0.005≤c≤0.5或-0.3≤c≤-0.005或0.005≤c≤0.3，更優(yōu)選為-0.15≤c≤-0.05或0.05≤c≤0.15。

該無鉛焊料合金還包括Cu、Ni、In、Zn、Sn和Ce中的一種或兩種以上的金屬元素。

該合金的制備方法包括以下步驟：第一步，先制備Bi-Sb中間合金；第二步，分別按一定的配比制備Bi-Ag、Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn、Bi-Ce中間合金；第三步，將Bi-Sb中間合金、Bi-Ag中間合金、Bi和/或第二步制得的Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn、Bi-Ce中間合金和/或金屬In、Sn按一定的合金配比在熔煉爐中熔化，合金表面覆蓋防氧化溶劑，加熱至400～600℃，保溫10～20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成BiSbAg系無鉛焊料合金錠坯。

實施例1

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb 10.5％，Ag 3.2％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金組織為近包共晶組織，合金熔點為268.5-289.2℃。制備該無鉛焊料合金的方法包括以下步驟：

1)將純度為99.99wt.％的金屬Bi、Sb，按重量比為80：20的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-1Pa，充入氮氣后；將合金加熱到650-700℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出Bi-Sb20中間合金；

2)將純度為99.99wt.％的金屬Bi、Ag，按一定的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后，將合金加熱到350-420℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出Bi-Ag5中間合金；

3)將已制成的Bi-Sb、Bi-Ag中間合金，按合金配比在熔煉爐中熔化。在合金表面覆蓋防氧化溶劑，該防氧化溶劑可選取松香或LiCl-KCl熔鹽，將合金加熱至 400℃，保溫10min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成BiSb10.5Ag3.2無鉛焊料合金錠坯。

實施例2

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb9％，Ag 3.4％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金為包共晶組織，熔點為268.3-287.5℃。除合金配比不同以外，制備該無鉛焊料合金的方法同實施例1。

如圖1所示，為本實施例制備的焊料合金的金相組織照片，從圖中可以看到該合金為包共晶組織。

實施例3

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb5％，Ag 3.1％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金為近包共晶組織，熔點為269.1-290℃。除合金配比不同以外，制備該無鉛焊料合金的方法同實施例1。

實施例4

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb7.5％，Ag 2.9％，Cu 0.1％，In 0.01％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金為包共晶組織，熔點為267.2-292.4℃。制備該無鉛焊料合金的方法如下：

1)將純度為99.99wt.％的金屬Bi和Sb按重量比為80：20的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后加熱到650-700℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出BiSb20中間合金；

2)將純度為99.99wt.％的金屬Bi和Ag、Bi和Cu，分別按一定的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后，分別將合金加熱到400-500℃、720-810℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，分別制備出Bi-Ag5、Bi-Cu5中間合金；

3)將已制成的Bi-Sb、Bi-Ag、Bi-Cu中間合金及金屬In，按合金配比在熔煉爐中熔化。在合金表面覆蓋防氧化溶劑(松香或KCL-LiCl熔鹽)，將合金加熱至500℃，保溫15min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成BiSb7.5Ag2.9Cu0.1In0.01無鉛焊料合金錠坯。

實施例5

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb3％，Ag2.7％，Cu 0.5％，Ni 0.05％，In 0.3％，Zn 0.03％，其余為Bi及不 可避免的雜質，該無鉛焊料合金為包共晶組織，熔點為268.1-282.5℃。制備該無鉛焊料合金的方法如下：

1)將純度為99.99wt.％的金屬Bi和Sb按重量比為80：20的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后加熱到650-700℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出BiSb20中間合金；

2)將純度為99.99wt.％的金屬Bi和Ag、Bi和Cu、Sb和Ni，Bi和Zn，分別按一定的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后，分別將合金加熱到400-500℃、720-810℃、1020-1100℃、450-550℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，分別制備出Bi-Ag5、Bi-Cu5、Sb-Ni20、Bi-Zn2中間合金；

3)將已制成的Bi-Sb、Bi-Ag、Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn中間合金及金屬In，按合金配比在熔煉爐中熔化。在合金表面覆蓋防氧化溶劑(松香或KCL-LiCl熔鹽)，將合金加熱至550℃，保溫20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成BiSb3Ag2.7Cu0.5Ni0.05In0.3Zn0.03無鉛焊料合金錠坯。

實施例6

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb2％，Ag 2.3％，Cu 1.5％，Ni 0.1％，In 0.5％，Zn 0.1％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金組織為近包共晶組織，熔點為265.6-280.8℃。除合金配比不同以外，制備該無鉛焊料合金的方法同實施例5。

實施例7

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb2.5％，Ag 1.6％，Cu 2.0％，Ni 0.5％，In 0.5％，Zn 0.8％，Sn0.01％，Ce0.05％,其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金組織為近包共晶組織，熔點為264.9-279.6℃。制備該無鉛焊料合金的方法如下：

1)將純度為99.99wt.％的金屬Bi和Sb按重量比為80：20的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后加熱到650-700℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，制備出BiSb20中間合金；

2)將純度為99.99wt.％的金屬Bi和Ag、Bi和Cu、Sb和Ni，Bi和Zn，Bi和Ce分別按一定的合金配比加入到真空熔煉爐中，抽真空處理至1×10^-2Pa，充入氮氣后，分別將合金加熱到400-500℃、720-810℃、1020-1100℃、450-550℃、800-900℃熔化，同時加以電磁攪拌，以使合金成分均勻，然后真空澆鑄，分別制備出Bi-Ag5、Bi-Cu5、Sb-Ni20、Bi-Zn2、Bi-Ce5中間合金；

3)將已制成的Bi-Sb、Bi-Ag、Bi-Cu、Sb-Ni、Bi-Zn、Bi-Ce中間合金及金屬In、Sn，按合金配比在熔煉爐中熔化。在合金表面覆蓋防氧化溶劑(松香或KCL-LiCl熔鹽)，將合金加熱至600℃，保溫20min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成BiSb2.5Ag1.6Cu2.0Ni0.5In0.5Zn0.8Sn0.01Ce0.1無鉛焊料合金錠坯。

實施例8

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb8.2％，Ag 4％，Cu 2.0％，Ni 1.0％，In1.0％，Zn 1.0％，Sn0.3％，Ce0.5％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金組織為近包共晶組織，熔點為272.8-296.4℃。除合金配比不同以外，制備該無鉛焊料合金的方法同實施例7。

實施例9

一種高溫軟釬焊領域用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb6％，Ag 3.6％，Cu 2.5％，Ni 2.0％，In1.0％，Zn 1.5％，Sn1.0％，Ce1.5％，其余為Bi及不可避免的雜質，該無鉛焊料合金組織為近包共晶組織，熔點為271.3-295℃。除合金配比不同以外，制備該無鉛焊料合金的方法同實施例7。

對比例1

一種高溫用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金包含：Bi 97.4％，Ag2.5％，該焊料合金熔點為262.5℃。

對比例2

一種高溫用高鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sn5％，Pb95％，該焊料合金熔點為270-313℃。

對比例3

一種高溫用無鉛焊料合金，以重量百分比計，該無鉛焊料合金粉末包含：Sb11％，Ag 5.0％，Cu0.05％，In 1.5％，Ce0.05％，其余為Bi，該焊料合金熔點為280-370℃。

測試實驗

1、潤濕性測試條件為：

稱取0.2g的合金與一定量焊劑混合置于尺寸30×30×0.3mm的無氧銅板(銅板表面除氧除污)，然后將銅板放在平板爐上加熱至350℃，待焊料熔化鋪展后靜止冷卻到室溫形成焊點，采用CAD軟件測量焊點的鋪展面積。

2、試樣準備：

參照日本工業(yè)標準JIS Z 3198制備銅焊接試樣測試。

3、力學性能數(shù)據(jù)按照GB/T228-2002的方法在AG-50KNE型萬能材料實驗機上測定，拉伸速度2mm/min，每個數(shù)據(jù)點測試三個試樣取平均值。

表1焊料合金熔點及潤濕性能比較

表2焊料合金力學性能比較

采用本發(fā)明的BiSbAg系高溫無鉛焊料可通過通用的焊膏回流、波峰焊接，或者熱熔化焊接形成焊點或焊縫，熱熔化焊接包括預成形焊片、焊帶、焊球和焊絲等，焊點或焊縫合金中除包含焊料的成分外，還包括但不限于Cu、Ag、Ni、Au等基板合金元素。得到的焊點或焊縫合金重量百分比組成為：Sb 2-10.5％，Ag 1.6-4％，Cu 0.1-10％，Ni 0.05-2％，In 0.01-1％，Zn 0.03-1.5％，Ce 0.05-1.5％，其余為Bi及少量不可避免的基板合金元素。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制備的焊料合金組織為包共晶或近包共晶組織，晶粒組織細小，合金熔程小，從而從根本上解決了Bi基焊料的脆性及可靠性差的問題，同時具有優(yōu)良的力學性能，適用于高溫軟釬焊領域。