專利名稱：一種抗溶銅錫銅無鉛釬料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子封裝微焊接釬料合金，涉及一種抗溶銅的無鉛釬料合金。
背景技術(shù)：
近年來，歐盟和中國信息產(chǎn)業(yè)部先后通過ROHS指令和第39號令，對電子信息產(chǎn)品的污染進行控制，電子封裝微焊接材料中鉛的使用受到嚴(yán)格限制，因此無鉛釬料在消費類電子產(chǎn)品制造中逐步被廣泛使用。目前，成熟的用來替代傳統(tǒng)錫鉛焊料的是錫銀銅系、錫銅系等釬料。對于消費類電子產(chǎn)品，由于市場競爭激烈，成本控制要求提高，廠商對成本更低廉的錫銅系無鉛釬料有很強需求。以SnO. 7Cu為代表的錫銅釬料具有共晶成分，組織細(xì)密，熔程短，力學(xué)性能好，適合應(yīng)用于波峰焊、手浸焊等。但與3%Ag含量的SAC305等高銀無鉛釬料相比熔點高，銅溶解快，可焊性和抗氧化性不足，容易造成焊接可靠性方面的問題，尤其是錫銅釬料的抗溶銅性不足，會導(dǎo)致金屬間化合物析出，焊點快速脆化。此外，在無鉛波峰焊和手浸焊工藝中， 釬料的溶銅率直接影響電子產(chǎn)品品質(zhì)及焊接工藝穩(wěn)定性，焊接中PCB板的銅覆層及元器件引線上的Cu會不斷溶解到錫槽中，容量為250Kg/缸的錫爐每生產(chǎn)150m2的電路板，錫槽中的Cu含量會增加0.1%左右。銅含量的上升使得釬料的液相線溫度提高。當(dāng)Cu含量從0. 7%升高到1. 0%時，釬料的熔點從227°C上升到236°C，這將嚴(yán)重影響釬料的流動性， 進而導(dǎo)致橋連等焊接缺陷。通過添加微量合金元素提高錫銅釬料性能的研究很多，例如中國專利 ZL200810116504. 4、ZL200910070508. 8、ZL200810107227. 0、ZL200410051200. 6 和 ZL200810116504. 4等通過添加P、Bi、Zn、K、Na、Li、Ce、P、Ga、Pr和稀土等元素提高釬料的抗氧化性、抗蠕變性能和潤濕性等?？梢?，針對SnCu系釬料改性研究成果集中于提高釬料的抗氧化性，中國專利ZL200610035951. 8發(fā)現(xiàn)Ni和Co元素能夠抑制釬料銅溶解。總體來說，對SnCu系無鉛釬料抗溶銅性改善的研究工作較少，且缺乏對釬料銅溶解抑制研究的量化試驗對比數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對SnCu系釬料抑制銅溶解的不足，提供一種具有低溶銅率的錫銅無鉛釬料合金。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的所述抗溶銅錫銅無鉛釬料合金由以下重量百分比的元素組成:Cu 0.廣 1%、Ge 或 Zr 0. θΓθ. 15%、Ni 0. θΓθ. 08%、In 0. θΓθ. 7% 和 RE 0. θΓθ. 3%，余量為 Sn。本發(fā)明所述抗溶銅錫銅無鉛釬料合金的最佳重量百分比的元素組成為Cu 0. 7%、 Zr 0. 045%、Ni 0. 05%、In 0. 01% 和 RE 0. 02%,余量為 Sn。添加Ge元素能夠提高SnCu系釬料的潤濕性，這是因為Ge是表面活性元素，有助于降低熔融釬料的表面張力；且由于Ge元素的自由能低，具有“親氧集膚效應(yīng)”，能有效抑制Cu元素的快速溶解；此外Ge元素添加也能夠起到細(xì)化組織的作用，進而提高焊點的力學(xué)可靠性。添加的rLx元素在232°C可以與Sn形成&Sn2等金屬間化合物，能夠有效抑制 Cu6Sn5等金屬間化合物的生長，且&元素也對Cu向釬料的溶解有較強抑制作用，還能夠提高釬料合金的抗腐蝕性。由于Zr、Ge兩種元素均屬親氧元素且電位差異大，同時添加時會造成釬料抗氧化性能下降。稀土元素(RE)具有高的活性，能夠減小熔融釬料的表面張力，改善釬料潤濕性能， 同時稀土元素能夠與Sn生成成分和形態(tài)復(fù)雜的金屬間化合物如Ce5Sn4、CeSn3、I^2Sn3、LaSn 等，進而抑制Cu6Sn5金屬間化合物的過快生長，同時微量稀土元素添加能夠明顯提高釬料力學(xué)性能。本發(fā)明通過ττ或Ge的添加改善釬料的抗銅溶解性能，改善波峰焊中引線上Cu溶入焊料池帶來的工藝問題以及焊點因引線上Cu溶入出現(xiàn)的焊點脆化問題，從而得到一種抗溶銅的錫銅系無鉛釬料合金。本發(fā)明采用常規(guī)的熔煉方法制備無鉛釬料，其中Sn和Cu元素采用金屬直接添加。 由于ττ和Ge元素均屬于高熔點金屬(Zr的熔點1857°C，Ge的熔點938°C)，因此需要制成
和SnGe中間合金。本發(fā)明元素組成的合金可以采用傳統(tǒng)方法制備成焊錫絲、焊錫條、 焊錫球、焊錫粉和焊錫膏等產(chǎn)品。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例、對比例及銅溶解率見表1，所有元素的含量均為重量百分比。表1抗溶銅錫銅無鉛釬料合金實施例、對比例及銅溶解率
權(quán)利要求
1.一種抗溶銅錫銅無鉛釬料合金，其特征是由以下重量百分比的元素組成Cu 0. 1 l%、Ge 或Zr 0. 01 0. 15%、Ni 0.0 1 0·08%、Ιη 0.0廣0.7%和 RE 0. 01 0. 3%，余量為 Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗溶銅錫銅無鉛釬料合金，其特征是重量百分比的元素組成為Cu 0. 7%、Zr 0. 045%、Ni 0. 05%、In 0. 01% 和 RE 0. 02%,余量為 Sn。
全文摘要
一種抗溶銅錫銅無鉛釬料合金。其特征是由以下重量百分比的元素組成Cu0.1~1%、Ge或Zr0.01~0.15%、Ni0.01~0.08%、In0.01~0.7%和RE0.01~0.3%，余量為Sn。本發(fā)明的抗溶銅錫銅無鉛釬料合金不含有害的金屬鉛，符合環(huán)保使用要求，與常規(guī)的錫銅系釬料相比，具有抗溶銅性能優(yōu)良的特點，在消費類電子制造行業(yè)組裝用波峰焊和手浸焊中均有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號B23K35/26GK102554490SQ20121001041
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者劉師田, 劉正林, 劉風(fēng)美, 張宇鵬, 房衛(wèi)萍, 易江龍, 楊凱珍, 羅子藝, 許磊 申請人:廣州有色金屬研究院