一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料及其焊接方法技术

本发明专利技术公开一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料及其焊接方法，所述无铅焊料由熔点温度在110-150℃的低温焊锡粉和熔点温度在210-230℃的高温焊锡粉按照3/1至1/3质量比例进行混合，并加上助焊剂/膏混合配制而成本发明专利技术提供，本发明专利技术的焊料实现了焊料无铅化，同时解决了当前传统无铅焊料熔点过高的问题，实现了无铅焊料的低温焊接，从而使本发明专利技术的无铅焊料能够应用于基于Sn-Pb共晶焊料发展起来的电子元器件材料的焊接，实现了对Sn-Pb共晶焊料的有效替代，使得本发明专利技术的无铅焊料在电子封装领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接材料领域，尤其涉及一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料及其焊 接方法。
技术介绍
随着社会对Pb毒性的深入认识以及2006年7月1日实施的欧盟WEEE/R0HS法 案，无铅焊料代替传统的Sn-Pb焊料已是大势所趋。目前Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu等无铅 合金已广泛应用于电子封装领域。这些无铅焊料合金的熔点一般在217-227°C，远高于传统 的Sn-Pb共晶焊料的熔点（183°C)，因此采用无铅焊料在解决环境问题后，又带来了新的问 题。首先，提升的焊接温度不利于节能减排；其次，由于目前的电子封装技术、电子元器件以 及封装生产线等都是基于Sn-Pb共晶焊料发展起来的，焊接温度的提升对焊接设备、焊接 工艺、电子元件及基板材料的耐热性能等一系列系统化工程提出了严峻的挑战；再次，对于 一些电子产品，如太阳能薄膜、LED、IXD、温控元件、柔性电路板等热敏电子元器件加热温度 不宜高，以及进行多层次多组件的分步焊接时均需要低温焊接。此外，上述无铅焊料多为高 锡焊料(锡含量一般超过95%)，焊接完成后焊点内晶粒较少且尺寸粗大，各个焊点的晶体取 向组织结构差别较大，在电子器件工作过程中个别焊点常会因为Sn晶粒的各向异性而提 前失效，进而导致整个器件的报废。 因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可形成均匀组织焊点的无 铅焊料及其焊接方法，旨在解决目前焊料不满足焊接工艺的发展需求的问题。 本专利技术的技术方案如下： 一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述无铅焊料由熔点温度在110-150°C的 低温焊锡粉和熔点温度在210-230°c的高温焊锡粉按照3/1至1/3质量比例进行混合，并加 上助焊剂/膏混合配制而成。 所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述低温焊锡粉为SnBi、SnBiCu、 SnBiAg、Snln、SnlnCu、SnlnAg 合金中一种或多种。 所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述低温焊锡粉中的成分占低温 焊锡粉总量的质量百分比为Bi :45?65%，Ag :0?5%，In :40?60%，Cu :0?1%。40?60%含量的In 使得低温焊锡粉具有较低的熔点。 所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述高温焊锡粉为SnCu、SnAg、 SnAgCu、SnAgCuNi中的一种或多种。 所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述高温焊锡粉中的成分占高温 焊锡粉总量的质量百分比为Ag :(T5%，Cu :(Tl%，Ni :(Tl%。 所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述无铅焊料由SnBi和SnAgCu按 照1 :2至2 :1的比例混合，并加上助焊剂/膏混合配制而成。 所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其中，所述低温焊锡粉和高温焊锡 粉的粒径均为5~100μπι。较佳实施例中，所述低温焊锡粉和高温焊锡粉的粒径优选为 25-45 μ m. 一种如上所述的无铅焊料的焊接方法，其中，所述焊接方法为：将配制的无铅焊料涂覆 于被焊器件上，并加热至15(T200°C的焊接温度融化无铅焊料，最后经冷却后实现被焊材料 间的连接。 有益效果：本专利技术提供，本发 明的焊料实现了焊料无铅化，同时解决了当前传统无铅焊料熔点过高的问题，实现了无铅 焊料的低温焊接，从而使本专利技术的无铅焊料能够应用于基于Sn-Pb共晶焊料发展起来的电 子元器件材料的焊接，实现了对Sn-Pb共晶焊料的有效替代，使得本专利技术的无铅焊料在电 子封装领域具有良好的应用前景。 【附图说明】 图1为对比例1中焊点整体组织结构图。 图2为对比例1中焊点晶体取向图。 图3为实施例1中焊点整体组织结构图。 图4为实施例1中焊点晶体取向图。 图5为实施例2中焊点整体组织结构图。 图6为实施例2中焊点晶体取向图。 【具体实施方式】 本专利技术提供，为使本专利技术的目 的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述 的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 本专利技术提供一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料，该无铅焊料由熔点温度在 110-150°C的低温焊锡粉和熔点温度在210-230°C的高温焊锡粉按照3/1至1/3质量比例进 行混合，并加上助焊剂/膏混合配制而成。所述低温焊锡粉和高温焊锡粉均为无铅焊锡粉。 焊接温度设定为高于低温焊料熔点而低于高温焊料熔点。在焊接过程中，按照上述比例混 合的无铅焊料中，低熔点焊料熔化，利用高熔点的无铅焊料作为骨架，在其上润湿铺展形成 焊点，以此形成可以耐高温的焊点。并利用两种焊料的熔点差可获得组织均匀可控的多晶 型焊点。 较佳实施例中，所述低温焊锡粉为 SnBi、SnBiCu、SnBiAg、Snln、SnlnCu、SnlnAg 合金中一种或多种。所述低温焊锡粉中的成分占低温焊锡粉总量的质量百分比为Bi : 45?65%，Ag :0?5%，In :40?60%，Cu :(Tl%，粒径为5?100 μ m。40?60%含量的In使得低温焊锡 粉具有较低的熔点。 较佳实施例中，所述高温焊锡粉为SnCu、SnAg、SnAgCu、SnAgCuNi中的一种或多 种。其中，所述高温焊锡粉中的成分占高温焊锡粉总量的质量百分比为Ag :(T5%，Cu :(Tl%， Ni :(Γ?%，粒径为 5?100 μ m。 较佳实施例中，所述低温焊锡粉和高温焊锡粉的粒径优选为25_45μπι。该粒径范 围的低温焊锡粉和高温焊锡粉混合的无铅焊料所形成的焊点晶粒小，焊点组织均匀一致。 较佳实施例中，所述无铅焊料优选由SnBi和SnAgCu按照1 :2至2 :1的比例混合， 并加上助焊剂/膏混合配制而成。 本专利技术还提供一种如上所述的无铅焊料的焊接方法，其中，所述焊接方法为： 将配制的无铅焊料涂覆于被焊器件上，并加热至低温焊料熔点以上、高温焊料熔点以下 15(T200°C的焊接温度融化无铅焊料，最后经冷却后实现被焊材料间的连接。具体的，焊接 时，将配置好的无铅焊料以涂覆、点胶或丝网印刷的方式涂于被焊元器件表面，焊接过程 中，根据被焊接材料选择不同的焊接温度，焊膏中低熔点成分先熔化，然后在高熔点焊料上 润湿铺展实现良好的连接，本专利技术在低温下焊接所得的焊点完全可以在高温条件下服役。 并且本专利技术焊料形成的焊点为组织均匀的多晶型焊点，具有较好的电迁移抗性。另外本发 明可通过控制高温焊料的颗粒大小来控制焊点的微观组织，本专利技术的高温颗粒尺寸越大， 最后得到的焊点晶粒越大，因此通过调整高温焊锡粉颗粒大小来取到所需要的焊点晶粒大 小。从而实现整个器件上的焊点组织的均匀一致，避免了个别焊点的提前失效导致器件的 提前失效。 下面通过具体实施例进一步阐述本专利技术的方案。 对比例1 取颗粒尺度范围为25 μ m-45 μ m的Sn3. OAgO. 5Cu焊锡膏在250°C焊接2min，图1所示 为其焊点整体组织结构图，图2所示为其晶体取向图（一种灰度代表一个晶体取向）。与实 施例1-2中本专利技术锡膏形成的焊点晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其特征在于，所述无铅焊料由熔点温度在110‑150℃的低温焊锡粉和熔点温度在210‑230℃的高温焊锡粉按照3/1至1/3质量比例进行混合，并加上助焊剂/膏混合配制而成。

【技术特征摘要】
1. 一种可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其特征在于，所述无铅焊料由熔点温度在 110-150°c的低温焊锡粉和熔点温度在210-230°c的高温焊锡粉按照3/1至1/3质量比例进 行混合，并加上助焊剂/膏混合配制而成。2. 根据权利要求1所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其特征在于，所述低温焊 锡粉为 SnBi、SnBiCu、SnBiAg、Snln、SnlnCu、SnlnAg 合金中一种或多种。3. 根据权利要求2所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其特征在于，所述低温焊 锡粉中的成分占低温焊锡粉总量的质量百分比为Bi :45?65%，Ag :(T5%，In :4(T60%，Cu : ο?ι%。4. 根据权利要求3所述的可形成均匀组织焊点的无铅焊料，其特征在于，所述高温焊 锡粉为SnCu、SnAg、SnAg...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鑫，任晓敏，
申请(专利权)人：深圳市汉尔信电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44