專利名稱：無鉛高溫軟釬料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種無鉛高溫軟釬料及其制備方法，屬于釬焊技術領域。
技術背景
高1 釬料(Pb含量> 85wt. % )在微電子封裝的高溫領域中廣泛應用。但隨著人們環保意識的提高和對自身健康的日益關注，各國已相繼立法來限制1 在微電子行業中的使用。目前全球范圍內替代含1 釬料的低、中溫無鉛釬料已基本成熟，并進入大規模產業化應用階段。然而對于高溫應用領域的高1 釬料，目前還沒有合適的無鉛替代品，因而在歐盟“RoHS”指令中這種高1 釬料仍處于豁免狀態。雖然高鉛釬料暫時獲得豁免，但出于環境安全、綠色技術壁壘等多方面因素，電子組裝系統整體無鉛化是封裝進程的必然發展趨勢。目前對高1 釬料無鉛化的研究非常少，文獻和專利中所報道的主要有SOAu-Sru Bi基合金、Zn-Al基合金和Sn-Pb基合金，但是這些合金都有著各自明顯的缺陷。
l)80Au-Sn 釬料成本太高，共晶成分附近的液相線較陡，容易由于Sn與釬料下面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釬料過早凝固。
^Bi基合金被認為是取代傳統富1 釬料的高溫無鉛候選釬料。然而，該合金性能較差，如脆性大，加工性差和與基體結合強度弱，故對于實際應用問題較多。
合金總體上Si基合金延展性不夠，加工性能差，難以加工成線狀或帶狀，應力松弛能力較差，且容易氧化而導致潤濕性不佳，這些性質很大程度上限制了該合金的應用。
4)Sn_Sb合金存在脆性大、加工性差、與基體結合強度弱、固液相線區間較寬以及在Cu和Ni基體上的潤濕性差等一系列問題。
美國20040241039 號專利文獻(至少 75% Sn，0. 5 7% Cu，0. 05 18% Sb)和中國專利申請CNl卯4958A(Sb8 20%,Cu3 7%，其余為Sn)分別提出了用Sn、Sb、Cu三元合金作為高溫無鉛軟釬料。但是該合金依然存在對Cu或M基體焊盤的熔蝕快的問題； 而且該系列合金的抗氧化性能較差，在高溫焊接過程中會產生大量的錫渣。發明內容
本發明的目的是為順應國際釬焊領域無鉛化潮流，提供一種熔點不低于250°C，材料成本低，加工性能佳，且在焊接過程中能有效阻止Cu或M焊盤在釬料中的熔蝕的無鉛高溫軟釬料及這種軟釬料的制備方法；該釬料能作為封裝領域中傳統的高1 釬料的無鉛替代產品。
為了實現上述目的，本發明無鉛高溫軟釬料采用的技術方案其特殊之處是以所述釬料總重量為基準，由以下含量的組分構成
Sb5 10%
Cu5. 1 8%
In0. 001 0. 1%
Ni :0. 01 0.5%
X :0.02%
Sn:余量
其中X為( 或( 和混合稀土的組合。
本發明的技術原理在于
在釬料中添加一定含量的Cu可以顯著降低釬料對銅的溶蝕程度，減少對Cu或M 基體的溶解；
添加h可顯著降低釬料對銅的溶蝕程度，并能提高釬料的潤濕性和塑性。h的含量小于0. 001%時，其作用不明顯，但含量大于0. 時，釬料對銅溶蝕程度降低的變化不大，并且h為貴金屬，含量過高將導致成本的大幅度增加；
添加適量Ni元素能顯著提高釬料的塑性。另外Ni的加入可以進一步有效減少焊盤的溶解，因為Ni能取代一部分Cu原子參與與Sn的界面反應，形成(Cu，Ni) 6Sn5結構的金屬間化合物，同時M的加入也能減少焊接過程中的焊點的橋連。M含量小于0.01%時，其作用不明顯，但含量大于0. 5%時，釬料的強度和和潤濕性會降低。
Ga和/或混合稀土的添加可以提高釬料的抗氧化能力和潤濕性能，并有利于細化焊點晶粒，提高釬料的力學性能。( 和/或混合稀土含量小于0. 02%時，其作用不明顯，但含量(混合稀土)大于1.0%時，混合稀土易偏聚于晶界，導致合金力學性能較差。
本發明所述無鉛高溫軟釬料的制備方法，其特殊之處是將所述含量的組分混合， 置于真空熔煉爐或非真空熔煉爐中，加熱至850 90(TC，并在此條件下保溫1 池，使之均勻熔化，并在出爐前充分攪拌，澆注凝固后獲得釬料。所述的釬料熔點在236 274°C之間，抗拉強度70 90MPa。
可以將所述釬料制成為釬料母合金，可采用常規方法制成各種釬料產品，包括釬料塊、焊棒、焊絲、焊球、焊環、焊箔、焊粉或焊膏。
與現有技術相比，本發明具有如下顯著效果
1、本發明合金的熔化溫度較高并具有良好的潤濕性能，熔點范圍在236 274°C 之間，可以替代電子封裝中的高鉛釬料，用于一級封裝中；
2、本發明在Sn-Pb合金的基礎上添加了 Cu、In、Ni，有效地改善了釬料的熔化行為、塑性及潤濕性能。
3、本發明在合金中添加了微量元素( 和/或混合稀土后，能使合金在熔融狀態下具有較好的抗氧化能力和力學性能。
具體實施方式
根據總的發明思路，本發明的無鉛高溫軟釬料以該釬料總重為基準，其組分及其含量)，由以下實施例具體說明。
一、實施例1的組分及其含量
Sb 5. 05%, Cu 5. 22%, In 0. 002%, Ni 0. 009%, X 0. 022%, Sn 余量，其中 X 為混合稀土。
二、實施例2的組分及其含量
Sb 6. 44%, Cu 6. 53%, In 0. 058%, Ni 0. 0. 12%, Ga 0. 34%, Sn 余量。
三、實施例3的組分及其含量
Sb 8. 92%, Cu 7. 57%, In 0. 074%, Ni 0. 29%, X 0. 51%，S 余量，其中 X 為混合稀土。
四、實施例4的組分及其含量
Sb 9. 98%, Cu 8. 01%, In 0. 097%, Ni 0. 46%, X 0. 99%, Sn 余量，其中 X 為混合稀土。
下面說明該釬料合金的制備方法。
以實施例1為例子，其他實施例方法相同。
首先將49. 5Kg的Sn和0. 5Kg的h放入氧化鋁坩鍋，置入真空熔煉爐熔煉，熔煉溫度400°C，保溫1小時，充分攪拌后冷卻、出爐，制成含In的中間合金。稀土、Ga、Ni 均依照此方法配成中間合金使用。
按比例稱量各中間合金和其它成分，放入真空熔煉爐或非真空熔煉爐加熱至 850 900°C，并保溫1 2h，使之均勻熔化，并在出爐前充分攪拌，澆注凝固后獲得釬料母I=I 巫 O
可將所得釬料母合金用常規方法進一步加工成焊棒、焊絲、焊球、焊環、焊箔、焊粉或焊膏。
對比例為便于對比實驗結果，本發明實驗中的各項焊接性能還與傳統的高鉛釬料95I^bSn的一些性能進行了比對。
通過DSC測定，得出合金的熔點范圍。通過可焊性測試儀得到340°C條件下的潤濕力Fmax。將直徑為0. 15mm的Cu絲浸入熔融的釬料中，通過測量浸焊不同時間下的該Cu絲的直徑來考察合金對Cu基體的溶蝕率。
由于采用了上述技術方案，本發明具有如下優越性
本發明無鉛高溫軟釬料無毒、無污染，符合RoHS指令的要求，能夠替代目前廣泛應用的高鉛釬料或價格昂貴的Au基釬料，各項焊接性能指標滿足當前電子封裝需要。
本發明相關指標測試結果由表1所示。
表1本發明實施例和對比例釬料相關指標測試結果
權利要求
1.一種無鉛高溫軟釬料，其特征在于以所述釬料總重量為基準，由以下含量的組分構成Sb 5 10%，Cu 5. 1 8%，In 0. 001 0. 1%，Ni 0. 01 0. 5%，X0. 02 1 %，Sn 余量；所述X為( 和/或混合稀土。
2.如權利要求1所述的無鉛高溫軟釬料，其特征在于所述釬料熔點為236 274°C，抗拉強度70 90MPa。
3.—種如權利要求1所述的無鉛高溫軟釬料的制備方法，其特征在于將所述各組分混合，放入熔煉爐，加熱至850 90(TC，并在此條件下保溫1 2h，使之完全熔化，并在出爐前充分攪拌，澆注凝固后獲得釬料。
4.如權利要求3所述的無鉛高溫軟釬料的制備方法，其特征其特征在于所述獲得的釬料為釬料母合金，將該釬料母合金制成釬料塊、焊絲、焊球、焊環、焊箔、焊粉、焊膏中至少一種。
5.如權利要求3或4所述的無鉛高溫軟釬料的制備方法，其特征在于所述熔煉爐為真空熔煉爐或非真空熔煉爐。
全文摘要
無毒、無污染，能替代環保性差的高鉛釬料及價格昂貴的Au基釬料，各項性能滿足電子封裝需要的一種無鉛高溫軟釬料，以所述釬料總重量為基準，由以下含量的組分構成Sb 5～10％，Cu 5.1～8％，In 0.001～0.1％，Ni0.01～0.5％，X 0.02～1％，Sn余量；所述X為Ga和/或混合稀土。本釬料的制備是將所述各組分混合，放入熔煉爐，加熱至850～900℃，在此溫度下保溫1～2h，使之完全熔化，出爐前充分攪拌，澆注凝固后獲得釬料。本發明適用于電子封裝。
文檔編號C22C13/02GK102500948SQ201110346130
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者楊倡進, 金霞, 顧小龍 申請人:浙江亞通焊材有限公司