本发明专利技术公开了一种SnBiZn系低温无铅焊料及其制备方法，属于低温软焊料技术领域。该无铅焊料的重量百分比组成为：Bi 45.5‑56.2％，Zn 1.7‑2.4％，其余为Sn，且Bi和Zn的重量百分比满足关系式b＝0.0123a2‑1.27a+34.652+c，其中a为Bi的重量百分比，b为Zn的重量百分比，c的取值范围为‑0.2≤c≤0.2。本发明专利技术还公开了该无铅焊料的制备方法。本发明专利技术的焊料合金为共晶或近共晶组织，熔点低，并具有优良的力学性能及焊点可靠性，适用于低温软钎料领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种SnBiZn系低温无铅焊料及其制备方法，特别涉及一种用于低温软钎焊领域的SnBiZn-X无铅焊料合金及其制备方法，属于低温软焊料
技术介绍
随着电子产品的无铅化和向轻薄、高功能方向的迅速发展，当前SMT中主要使用的无铅焊料SnAgCu系(特别是SAC305)，由于焊料熔点偏高(200℃～230℃)，回流焊工艺中新型轻薄的芯片对温度非常敏感，芯片极易损坏，因此低温锡焊料(包括但不限于锡膏、锡丝、锡条)市场对低温焊料的需求十分迫切。现有技术中SnBi系焊料常被应用于低温焊接的场合，特别是SnBi58焊料。然而由于Bi本身的脆性，特别是Sn-Bi共晶合金在焊接过程中，组织中Sn和Cu基板反应形成Sn-Cu金属间化合物，导致这一局部区域Sn的相对量减少，Bi相对含量增多，SnBi合金由共晶体系偏向过共晶，初生Bi相析出，初生Bi相偏聚与在靠近基板处，形成了富Bi带。富Bi带的出现，成为了整个焊点最薄弱的区域，严重的影响了焊点的结合强度，这均使得SnBi系焊料的研究和使用一直处于低靡状态。国内外关于Bi脆这一问题进行了一系列研究，发现在Sn-Bi焊料中加入微量Ag、Cu，一定程度上能够改善脆性。摩托罗拉专利公开的SnBi57Ag1合金，Fuji专利US6,156,132中开发的SnBi35Ag1合金，及CN200610089257.4/CN 200710121380.4专利公开的SnBiCu合金等合金焊料在一定程度上抑制了焊接凝固过程中Bi元素在基板附近的偏析，但其焊接界面处都不能完全避免富Bi层薄弱带的出现，本质上均未解决焊点可靠性差的问题。现有技术中的Sn-Bi-Zn焊料主要有两种，一种是在SnZn无铅焊料基础上添加少量Bi元素，主要是为了降低SnZn焊料的熔点、提高润湿性及抗蠕变性，Bi含量一般控制在重量百分比15％以下。另一种则是在SnBi焊料合金中添加Zn元素，主要是为了改善焊料与Cu电极之间界面处的粘合强度。CN 102615446A公开了一种焊料Sn(锡)Bi(铋)Zn(锌)焊料，其中包含45-65％wt的Bi、0.01-0.1wt％的Zn,0.3-0.8wt的Sb和Sn。现有技术是在SnBi焊料合金的基础上添加微量Zn元素以改善合金性能，其合金根本上是传统的SnBi的二元共晶合金焊料，并未从根本上解决SnBi焊料脆性低、可靠性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种用于低温软钎焊领域的新型SnBiZn-X无铅焊料合金，该合金为新型SnBiZn三元共晶或近共晶焊料合金体系，所述合金组织为共晶或近共晶合金，晶粒细小，综合性能优异，可从根本上解决SnBi焊料脆性低、可靠性差的问题。本专利技术的SnBiZn-X焊料合金还能够降低现有技术中SnBi58焊料合金中的Bi含量，因而提高焊料的机械性能，且降低了因Bi为稀缺元素带来的未来资源不足出现的工业推广应用风险。同时SnBiZn-X焊料合金能够解决焊接过程中因温度高而引起的微小芯片及BGA、CSP等出现的被焊件翘曲、变形、枕头而带来的一系列焊接质量问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种SnBiZn系低温无铅焊料，属于低温软钎焊领域用无铅焊料合金，该无铅焊料合金包含Bi、Zn和Sn，其重量百分比组成为：Bi 45.5-56.2％，Zn 1.7-2.4％，其余为Sn及少量不可避免的杂质，且该焊料合金中Bi和Zn的重量百分比满足关系式b＝0.0123a2-1.27a+34.652+c，其中a值为Bi的重量百分比，b值为Zn的重量百分比，c的取值范围为-0.2≤c≤0.2。该无铅焊料合金中，c值优选范围为-0.2≤c≤-0.001或0.001≤c≤0.2或-0.2≤c≤-0.005或0.005≤c≤0.2或-0.2≤c≤-0.01或0.01≤c≤0.2，更优选为-0.12≤c≤-0.001或0.001≤c≤0.12或-0.12≤c≤-0.005或0.005≤c≤0.12或-0.1≤c≤-0.01或0.01≤c≤0.1。所述的无铅焊料合金还包括Ce、Al、Ti、Sb和Mg中的一种或两种以上的金属元素。所述Ce的重量百分比为0.003-3.0％，优选为0.003-2.5％，更优选为0.008-2.5％，最优选为0.03-1.5％。所述Al的重量百分比为0.03-0.5％，优选为0.03-0.3％，更优选为0.03-0.15％。所述Ti的重量百分比为0.25-2.5％，优选为0.25-2.0％，更优选为0.5-1.6％。所述Sb的重量百分比为0.05-0.8％，优选为0.05-0.6％，更优选为0.05-0.5％，最优选为0.08-0.5％。所述Mg的重量百分比为0-2.8％，优选为0.001-2.8％，更优选为0.1-2.0％，最优选为0.5-1.8％。一种低温软钎焊领域用SnBiZn系低温无铅焊料合金的制备方法，该方法包括以下步骤：1)制备Sn-Zn中间合金，或者制备Sn-Zn中间合金及Sn-Ce、Sn-Al、Sn-Ti、Sn-Sb和Sn-Mg中间合金中的一种或几种；2)将已制成的Sn-Zn中间合金、金属Sn和Bi，或者Sn-Zn中间合金、Sn、Bi及Sn-Ce中间合金、Sn-Al中间合金、Sn-Ti中间合金、Sn-Sb中间合金和Sn-Mg中间合金中的一种或几种，按合金配比在熔炼炉中熔化；在所述合金表面覆盖防氧化溶剂，将合金加热至200～450℃，保温10～20min，除掉表面氧化渣，浇注于模具中制成SnBiZn系无铅焊料合金锭坯；所述SnBiZn系无铅焊料合金中Bi和Zn的重量百分比需满足关系式b＝0.0123a2-1.27a+34.652+c，其中a值为Bi的重量百分比，b值为Zn的重量百分比，c的取值范围为-0.2≤c≤0.2。其中步骤1)中制备所述Sn-Zn、Sn-Ce、Sn-Al、Sn-Ti、Sn-Sb、Sn-Mg中间合金包括如下步骤：分别将纯度为99.99wt.％的Sn和Zn、Sn和Ce、Sn和Al、Sn和Ti、Sn和Sb、Sn和Mg，按一定的合金配比加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10-2-1×10-1Pa，充入氮气后，分别将合金加热到400-1650℃熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后快速冷却，真空浇铸，制备出Sn-Zn、Sn-Ce、Sn-Al、Sn-Ti、Sn-Sb、Sn-Mg中间合金。其中步骤2)中所述表面覆盖防氧化溶剂为松香或KCl-LiCl熔盐。采用本专利技术的SnBiZn系低温无铅焊料所形成的焊点或焊缝，所述的焊点或焊缝采用通用的焊膏回流、波峰焊接，或者热熔化焊接而成，所述的热熔化焊接包括预成形焊片、焊带、焊球和焊丝等，所述焊点或焊缝合金中除包含焊料的成分外，还包括但不限于Cu、Ag、Ni、Au等基板合金元素。所述的焊点或焊缝合金的重量百分比组成为：Bi 45.5-56.2％，Zn 1.7-2.4％，Cu 0.01-1％，Ni 0.01-1％，Ag 0.01-1％，Ce 0-3.0％，Al 0-0.5％，Ti 0-2.5％，Sb 0-0.8％，Mg 0-2.8％，其余为Sn及少量不可避免的基板合金元素。本专利技术的优点：本专利技术的SnBiZn三元共晶或近共本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种SnBiZn系低温无铅焊料，其特征在于：该无铅焊料的重量百分比组成为：Bi 45.5‑56.2％，Zn 1.7‑2.4％，其余为Sn，且Bi和Zn的重量百分比满足关系式b＝0.0123a2‑1.27a+34.652+c，其中a为Bi的重量百分比，b为Zn的重量百分比，c的取值范围为‑0.2≤c≤0.2。
【技术特征摘要】
1.一种SnBiZn系低温无铅焊料，其特征在于：该无铅焊料的重量百分比组成为：Bi 45.5-56.2％，Zn 1.7-2.4％，其余为Sn，且Bi和Zn的重量百分比满足关系式b＝0.0123a2-1.27a+34.652+c，其中a为Bi的重量百分比，b为Zn的重量百分比，c的取值范围为-0.2≤c≤0.2。2.根据权利要求1所述的SnBiZn系低温无铅焊料，其特征在于：所述的无铅焊料中，c的取值范围为-0.2≤c≤-0.001、0.001≤c≤0.2、-0.2≤c≤-0.005、0.005≤c≤0.2、-0.2≤c≤-0.01或0.01≤c≤0.2。3.根据权利要求2所述的SnBiZn系低温无铅焊料，其特征在于：所述的无铅焊料中，c的取值范围为-0.12≤c≤-0.001、0.001≤c≤0.12、-0.12≤c≤-0.005、0.005≤c≤0.12、-0.1≤c≤-0.01或0.01≤c≤0.1。4.根据权利要求1所述的SnBiZn系低温无铅焊料，其特征在于：所述的无铅焊料合金还包括Ce、Al、Ti、Sb和Mg中的一种或两种以上的元素。5.根据权利要求4所述的SnBiZn系低温无铅焊料，其特征在于：所述Ce的重量百分比为0.003-3.0％，所述Al的重量百分比为0.03-0.5％，所述Ti的重量百分比为0.25-2.5％，所述Sb的重量百分比为0.05-0.8％，所述Mg的重量百分比为0-2.8％。6.权利要求1-5中任一项所述的SnBiZn系低温无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：1)制备Sn-Zn中间合金，或者制备Sn-Zn中间合金及Sn-Ce、Sn-Al、Sn-Ti、Sn-Sb和Sn-Mg中间合金中的一种或几种；2)将已制成的Sn-Zn中间合金、Sn和Bi，或者Sn-Zn中间合金、Sn、Bi...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺会军，刘希学，孙彦斌，王志刚，胡强，祝志华，徐蕾，李晓强，李昕，
申请(专利权)人：北京康普锡威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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