專利名稱：一種高可靠低銀無鉛焊料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低銀無鉛焊料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外主要的無鉛焊料品種有錫銀銅系(Sn-Ag-Cu)無鉛焊料和 錫銅系(Sii-Cu)無鉛焊料，均存在以下不足
1、 熔點(diǎn)髙、表面張力大；潤濕性差；
2、 材料成本髙，特別是Sn-Ag-Cu系無鉛焊料，其Ag含量高達(dá)3~3.8%;
3、 在焊料與基材界面間容易形成Cll6Sll5脆性相的金屬化合物層，而最終
影響到電子產(chǎn)品的可靠性。
鑒于上述不足，對錫銀銅系無鉛輝料例如歐洲推薦產(chǎn)品Sn-3.8Ag-0.7Cu 進(jìn)行降低Ag含量和提髙可靠性的研究具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種銀含量 低且可靠性髙的低銀無鉛焊料。
本發(fā)明還要提供一種生產(chǎn)成本低的低銀無鉛焊料的制備方法，并且由該方 法獲得的低銀無鉛焊料的可靠性好。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是 一種以錫銀銅無鉛 焊料合金為基礎(chǔ)的低銀無鉛焊料，其還含有鎳和鈷，以焊料的總重量為基準(zhǔn)， 低銀無鉛焊料的組成為銀0.2% 0.6%、鎳0.01% 0.06%、銅0.5% 0.8%、 鈷0.01% 0.06%及其余為錫。
作為本發(fā)明低銀無鉛焊料的進(jìn)一步實(shí)施方案低銀無鉛焊料的組成為銀 0.3% 0.4%、鎳0.02% 0.03%、銅0.6% 0.7%、鈷0.02% 0.03%及其余為 錫。優(yōu)選地，無鉛焊料中鎳和鈷的含量相同。根據(jù)本發(fā)明的一個具體方案，低 銀無鉛焊料的組成為銀0.3%、鎳0.03%、銅0.7%、鈷0.03%及其余為錫。
由于采取以上技術(shù)方案，本發(fā)明的焊料與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)效果
1、 焊料中銀含量僅在0.3%-0.6%之間，焊料成本低廉，與現(xiàn)有焊料相比， 節(jié)約大量貴金屬，降低成本85%左右；
2、 復(fù)合添加微量的鎳和鈷元素，細(xì)化焊料合金組織、抑制影響焊料可靠性的Cii6Sii5相金屬化合物的形成及生長，提髙焊點(diǎn)的可靠性；3、焊料的表面張力、流動性、潤濕性均能達(dá)到髙銀無鉛焊料的水平，滿足 客戶需求。本發(fā)明的提供的另一技術(shù)方案是一種上述低銀無鉛焊料的制備方法，其 包括如下步驟(1) 、在熔融保護(hù)狀態(tài)下分別熔煉制備錫銀中間合金、錫銅中間合金、錫 鎳中間合金以及錫鈷中間合金；(2) 、將步驟(1)獲得的中間合金與剩余的錫在溫度400'C-550r下混合， 制得所述的低銀無鉛焊料。根據(jù)本發(fā)明制備方法的一個方面，步驟(1)中所述錫銀中間合金中銀的質(zhì) 量百分含量為9%-11%,錫銅中間合金中銅的質(zhì)量百分含量為9%-11%,錫鎳中 間合金中鎳的質(zhì)量百分含量為1%-3%,錫鈷中間合金中鈷的質(zhì)量百分含量為 1%-3%。優(yōu)選地，步驟(1)中所述錫銀中間合金中銀的質(zhì)量百分含量為10%,錫銅 中間合金中銅的質(zhì)量百分含量為10%，錫鎳中間合金中鎳的質(zhì)量百分含量為 2%,錫鈷中間合金中鈷的質(zhì)量百分含量為2%，此時，中間合金可在500"-550" 下進(jìn)行熔煉，在該溫度下， 一方面，錫不易發(fā)生氧化，另一方面，可確保最終 的無鉛焊料中各元素的比例與所設(shè)定的比例相同。步驟(2)優(yōu)選在500"-550"下進(jìn)行。由于采取上述技術(shù)方案，本發(fā)明的焊料的制備方法可避免錫的氧化以及確 保最終產(chǎn)品的比例與設(shè)定的比例嚴(yán)格一致，保證產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，同時，該方 法使合金熔煉在較低溫度下進(jìn)行，成本低、操作簡便。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，但不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1按照本實(shí)施例的低銀無鉛焊料含有Ag 0.3wt%、 Cu 0.5wt%、 Ni 0.03%、 Co 0.03%以及Sn 99.14%。上述低銀無鉛焊料的制備過程如下(1) 、按配方進(jìn)行原料準(zhǔn)備和稱量；(2) 、在溫度500X:-550TC以及惰性氣體保護(hù)下，分別熔煉制備中間合金Sn-(10)Ag、 Sn-(10)Cu、 Sn誦(2)Ni、 Sn-(2)Co，其中，Sn-(10)Ag表示Ag質(zhì)量百 分比含量為10%的錫銀中間合金，Sn-(10)Cu表示Cii質(zhì)量百分比含量為10%的 錫銀中間合金，Sn-(2)Ni表示Ni質(zhì)量百分比含量為2%的錫鎳中間合金， Sn-(2)Co表示Co質(zhì)量百分比含量為2%的錫鈷中間合金；(3) 、在電阻爐上將步驟(2)制備的各中間合金與剩余的錫在溫度420"C 下混合，制成Sn-Ag-Cii-Ni-Co無鉛焊料錠坯；(4) 、在擠壓機(jī)上將步驟(3)所得錠坯擠壓成條狀或絲狀，即為低銀無鉛焊料。經(jīng)檢測，本實(shí)施例的焊料的熔流點(diǎn)為217'C 227"之間，擴(kuò)展率大于 80。/。(Cu校，260"C)，表面張力為420達(dá)因/厘米(液滴法，255匸)。實(shí)施例2按照本實(shí)施例的低銀無鉛焊料含有Ag 0.4wt%、 ，Cu 0.6wt%、 Ni 0.02%、 Co 0.02%以及Sn 98.96%,其制備同實(shí)施例1。經(jīng)檢測，本實(shí)施例的焊料的熔流點(diǎn)為2171C 226.81C之間，擴(kuò)展率大于 80。/。(Cu校，260n)，表面張力為420達(dá)因/厘米(液滴法，255C )。實(shí)施例3按照本實(shí)施例的低銀無鉛焊料含有Ag 0.5wt%、 Cu0.7wt%、 Ni 0.025%、 Co 0.025%以及Sn 98.75%，其制備同實(shí)施例1。經(jīng)檢測，本實(shí)施例的焊料的熔流點(diǎn)為217C 226C之間，擴(kuò)展率大于 80。/n(Cu校，260X:),表面張力為420達(dá)因/厘米(液滴法，2550。實(shí)施例4按照本實(shí)施例的低銀無鉛焊料含有Ag 0.3wt%、 Cu 0.7wt%、 Ni 0.03%、 Co 0.03%以及Sn 98.94%,其制備同實(shí)施例1。經(jīng)檢測，本實(shí)施例的焊料的熔流點(diǎn)為217C 226"之間，擴(kuò)展率大于 80。/。(Cu校，260C)，表面張力為420達(dá)因/厘米(液滴法，2550。對比例1不含鈷和鎳的無鉛焊料，其含有Ag3wt"/。、 Cu 0.5%以及Sn 96.5wt%。 經(jīng)檢測，焊料的熔流點(diǎn)為217"C 220r之間，擴(kuò)展率大于80%(Cn校， 表面張力為450達(dá)因/厘米(液滴法，255"C)。對比例2Sn-0.3Ag-0.7Cu系無鉛焊料，其熔流點(diǎn)為 227*C之間，擴(kuò)展率大于80。/。(Cu校，260*C)，表面張力為465達(dá)因/厘米(液滴法，255"),抗蠕 變性(破斷時間)17小時(1501C,負(fù)荷lkg)。以上對本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠 了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本 發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種以錫銀銅無鉛焊料合金為基礎(chǔ)的低銀無鉛焊料，其特征在于所述無鉛焊料還含有鎳和鈷，以焊料的總重量為基準(zhǔn)，低銀無鉛焊料的組成為銀0.2％～0.6％、鎳0.01％～0.06％、銅0.5％～0.8％、鈷0.01％～0.06％及其余為錫。
2、 如權(quán)利要求l所述的低銀無鉛焊料，其特征在于無鉛焊料的組成為 銀0.3% 0.4%、鎳0.02% 0.03%、銅0.6% 0.7%、鈷0.02% 0.03%及其余 為錫。
3、 如權(quán)利要求l或2所述的低銀無鉛焊料，其特征在于無鉛焊料中鎳和 鈷的含量相同。
4、 如權(quán)利要求3所述的低銀無鉛焊料，其特征在于無鉛焊料的組成為 銀0.3%、鎳0.03%、銅0.7%、鈷0.03%及其余為錫。
5、 一種權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的低銀無鉛焊料的制備方法，其特征 在于包括如下步驟(1) 、在熔融保護(hù)狀態(tài)下分別熔煉制備錫銀中間合金、錫銅中間合金、錫 鎳中間合金以及錫鈷中間合金；(2) 、將步驟(1)獲得的中間合金與剩余的錫在溫度550X:下混合， 制得所述的低銀無鉛焊料。
6、 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述錫銀中 間合金中銀的質(zhì)量百分含量為9%-11%,錫銅中間合金中銅的質(zhì)量百分含量為 9%-11%，錫鎳中間合金中鎳的質(zhì)量百分含量為1%-3%,錫鈷中間合金中鈷的 質(zhì)量百分含量為1%-3%。
7、 如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述錫銀中 間合金中銀的質(zhì)量百分含量為10。/。，錫銅中間合金中銅的質(zhì)量百分含量為10%， 錫鎳中間合金中鎳的質(zhì)量百分含量為2%，錫鈷中間合金中鈷的質(zhì)量百分含量為 2%。
8、 如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述熔煉的 溫度范圍為500C誦550X:。
9、 如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中，在溫度 500"-550X:下混合中間合金與剩余的錫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以錫銀銅無鉛焊料合金為基礎(chǔ)的高可靠低銀無鉛焊料及其制備方法，以低銀無鉛焊料的總重量為基準(zhǔn)，該無鉛焊料組成為銀0.2％～0.6％、鎳0.01％～0.06％、銅0.5％～0.8％、鈷0.01％～0.06％及其余為錫。本發(fā)明無鉛焊料的制備方法為首先在熔融保護(hù)狀態(tài)下分別熔煉制備錫銀中間合金、錫銅中間合金、錫鎳中間合金以及錫鈷中間合金；然后將獲得的中間合金與剩余的錫在溫度400℃-550℃下混合，制成低銀無鉛焊料。本發(fā)明無鉛焊料成本低廉，焊點(diǎn)可靠性好，能夠滿足客戶的需求；本發(fā)明制備方法在較低溫度下進(jìn)行，操作簡便、成本較低。
文檔編號B23K35/26GK101642856SQ200910115810
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者徐菊英, 王國銀, 王文明 申請人:太倉市首創(chuàng)錫業(yè)有限公司