專利名稱：一種錫鉍銀系無鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無鉛電子封裝技術(shù)，涉及一種錫鉍銀系無鉛焊料。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著電子工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展和電子垃圾問題的日益嚴(yán)重，電子工業(yè)中的綠色制造問題愈來愈受到關(guān)注。各國政府基于社會公眾利益和輿論而制定的各種涉及綠色電子制造和綠色電子產(chǎn)品的法規(guī)和條例，對“綠色”進(jìn)程起著決定推動作用。其主要包括綠色電子設(shè)計(jì)、綠色電子材料、綠色電子封裝及工藝等，而這其中非常重要也是當(dāng)前研究最多的就是綠色電子封裝材料，也即電子封裝材料的無鉛及無鹵化問題，禁止使用具有毒性的重金屬“Pb”已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)。目前各國研究的焦點(diǎn)都集中于Sn-Ag-Cu(SAC)合金，其共晶合金潤濕性好，強(qiáng)度和塑性高，具有優(yōu)良的耐熱疲勞特性，是目前最被看好的用以替代Sn-37Pb焊料的無鉛焊料。但是共晶SAC合金具有較高的Ag含量(3. O 4. Owt. % )，而Ag的原材料價格約為Sn 和Bi的30倍左右，這直接導(dǎo)致了焊料生產(chǎn)成本的增加；并且共晶SAC合金的熔點(diǎn)在217°C 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Sn-37Pb焊料的183°C。因此，本專利開發(fā)了一種低銀含量的，低熔點(diǎn)的，但又能維持高性能的焊料合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供低成本高性能的錫鉍銀系無鉛焊料，該焊料由于銀含量較低所以降低了生產(chǎn)成本，Bi的加入降低了焊料的熔點(diǎn)，提高了合金的硬度、抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度，并改善了焊料合金的潤濕性能。本發(fā)明的無鉛焊料，它的組分及其重量百分比為Bi 1. O 4. 0% ；Ag :0. I O. 5% ；Zn :0. 05 I. 0% ；Cu 0 I. 0% ;其余為 Sn。(各個元素的純度不低于99.99% )本發(fā)明的無鉛焊料可采用真空熔煉爐熔煉法進(jìn)行制備，方法如下將各合金原料按比例配備，放入氬氣保護(hù)下的真空熔煉爐中加熱到1100°C使各個組分充分熔化混合，熔化過程中加以磁攪拌，使合金混合充分，然后水冷銅模冷卻；再將合金翻轉(zhuǎn)，重新加熱到500°C熔化，加以磁攪拌并水冷銅模凝固，反復(fù)至少三次使合金成分均勻。Sn-Bi-Ag系焊料合金具有較低的熔點(diǎn)，最低達(dá)到205°C左右，較高的拉伸強(qiáng)度而又不損失延展性，最大拉伸強(qiáng)度達(dá)到70MPa左右，而且Ag的含量較低，大大降低了焊料的成本。


圖I :實(shí)施例I的I. 0% Bi-o. I % Ag-O. 05% Zn基體為Sn焊料合金的顯微組織；圖2 :實(shí)施例2的4. 0% Bi-O. 5% Ag-1. 0% Zn-L 0% Cu基體為Sn焊料合金的顯微組織；圖3 :實(shí)施例3中的2. 0% Bi-O. 3% Ag-O. 9% Zn基體為Sn焊料合金的顯微組織；圖4 :實(shí)施例 3 的 x% Bi-O. 3% Ag-O. 9% Zn(x = I. 0、2· 0、3· O 和 4. O)基體為 Sn 焊料合金的熔化曲線；圖5 :實(shí)施例 3 的 x% Bi-O. 3% Ag-0. 9Ζη% (χ = I. 0、2· 0、3· O 和 4. O)基體為 Sn
焊料合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I取純度不低于99. 99%的錫98. 85克、鉍I. O克、銀O. I克、鋅O. 05克進(jìn)行混合，將混合料放在氬氣保護(hù)下的真空熔煉爐中加熱到1100°c熔化，加以磁攪拌，使合金成分均勻， 然后水冷銅模冷卻。再將合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到500°C熔化，同時加以磁攪拌并水冷銅模冷卻，這樣反復(fù)至少三次得到焊料合金；組成為I. 0% Bi-O. I % Ag-O. 05% Zn基體為Sn焊料合金。其顯微組織如圖I所示，顆粒為Ag3Sn相，基體為Sn。實(shí)施例2取純度不低于99. 99%的錫93. 5克、鉍4. O克、銀O. 5克、鋅I. O克、銅I. O克進(jìn)行混合，將混合料放在氬氣保護(hù)下的真空熔煉爐中加熱到1100°c熔化，加以磁攪拌，使合金成分均勻，然后水冷銅模冷卻。再將合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到500°c熔化，同時加以磁攪拌并水冷銅模冷卻，這樣反復(fù)至少三次得到焊料合金；組成為4. 0% Bi-O. 5% Ag-1. 0% Zn-L 0% Cu基體為Sn焊料合金。其顯微組織如圖2所示，顆粒為Ag3Sn相和Cu6Sn5相，白色顆粒為 Bi，基體為Sn。實(shí)施例3取純度不低于99. 99% 的錫(98. 8-x)克、鉍 χ 克(x = I. 0、2. 0、3. O 或 4. O 克)、 銀O. 3克、鋅O. 9克進(jìn)行混合，將混合料放在氬氣保護(hù)下的真空熔煉爐中加熱到1100°C熔化，加以磁攪拌，使合金成分均勻，然后水冷銅模冷卻。再將合金翻轉(zhuǎn)后重新加熱到500°C 熔化，同時加以磁攪拌并水冷銅模冷卻，這樣反復(fù)至少三次得到焊料合金；x% Bi-O. 3% Ag-0. 9Ζη% (χ = I. 0、2· 0、3· O 和 4· O)基體為 Sn 焊料合金。其中Sn-2. 0% Bi-O. 3% Ag-O. 9% Zn焊料合金顯微組織如圖3所示，顆粒為Ag3Sn 相，白色富集區(qū)為Bi，基體為Sn。Sn-x% Bi-O. 3% Ag-O. 9% Zn無鉛焊料合金的熔化曲線和應(yīng)力-應(yīng)變分別如圖4和圖5所示，隨著Bi含量的升高，合金的熔點(diǎn)由214. 9°C降低到 206. 3°C左右，最大拉伸強(qiáng)度由41. 7MPa增長到68MPa左右。
權(quán)利要求
1.一種錫鉍銀系無鉛焊料制備方法，其特征在于原料組分及其重量百分比為BiI.O 4. 0% ；Ag 0. I O. 5% ；Zn :0. 05 I. 0% ；Cu 0 I. 0% ;其余為 Sn。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述的原料各個元素的純度不低于99.99%。
全文摘要
本發(fā)明涉一種錫鉍銀系無鉛焊料，其特征在于它的組分及其重量百分比為Bi1.0～4.0％；Ag0.1～0.5％；Zn0.05～1.0％；Cu0～1.0％；其余為Sn(各個元素的純度不低于99.99％)。Sn-Bi-Ag系焊料合金具有較低的熔點(diǎn)，最低達(dá)到205℃左右，較高的拉伸強(qiáng)度而又不損失延展性，最大拉伸強(qiáng)度達(dá)到70MPa左右，而且Ag的含量較低，大大降低了焊料的成本?？勺鳛樘娲鷤鹘y(tǒng)Sn-37％Pb焊料的無鉛焊料。
文檔編號B23K35/26GK102581506SQ20121001754
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉永長, 王珣, 董治中 申請人:天津大學(xué)