本发明专利技术公开了一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，属于低温焊料合金技术领域。本发明专利技术的低温无铅焊料按重量百分比计，包含：30‑60％的Bi、0‑3.5％的Ag、0.1‑3％的Sb、0‑3.0％的In、0‑0.11％的Ge、0‑0.11％的P、两种以上稀土元素、余量的Sn以及不可避免的杂质。本发明专利技术可抑制Bi元素的偏析，提高焊点机械性能，解决目前二元SnBi焊料在使用过程中焊点易出现空洞、机械性能差、焊点易剥离等问题。
A SnBiAgSbIn low temperature lead-free solder alloy
The invention discloses a SnBiAgSbIn low temperature lead-free solder alloy, which belongs to the technical field of low temperature solder alloy. The low-temperature lead-free solder of the present invention consists of 30_60% Bi, 0_3.5% Ag, 0.1_3% SB, 0_3.0% In, 0_0.11% Ge, 0_0.11% P, more than two rare earth elements, residual Sn and unavoidable impurities. The invention can restrain the segregation of Bi element, improve the mechanical properties of solder joints, and solve the problems of voids, poor mechanical properties and easy peeling of solder joints in the process of using binary SnBi solder.
【技术实现步骤摘要】
一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金
本专利技术涉及一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，属于低温焊料合金
技术介绍
自从电子焊料无铅化以来，应用较为广泛的是SnCu系、SnAgCu系焊料合金，这几种应用较为广泛的焊料合金熔点较高。但是随着摩尔定律的持续推进，芯片向高度集成化、轻薄化发展，使用现有焊接工艺进行焊接时，易出现翘曲、枕窝、桥连等工艺缺陷。并且由于焊接温度较高，导致芯片的受热失效率较高。针对上述问题，目前焊料行业等相关企业积极开发低温无铅焊料合金，目前的低温焊料包括SnBi系、SnZn系、SnIn系等。其中，SnZn抗氧化性能差，焊点易腐蚀。SnIn的共晶成分分别为质量分数为48％的Sn和52％的In，共晶点温度为117℃，SnIn焊料在Cu上溶解快，界面化合物结构受Cu在SnIn中的溶解度影响，易形成Cu2(Sn,In)和Cu2In3Sn，且Cu2In3Sn在富In一侧。In可以改善钎料的润湿性，但是In为稀散金属，全球资源储量极低，价格较高，不具备大规模使用的前景，只能作为一种微量元素进行添加使用。应用较多的是SnBi系低温无铅焊料合金，Bi的添加可以有效降低焊料的熔点，但是SnBi焊料合金由于Bi易偏析，导致焊接性能变差，焊点脆性大，如共晶焊料Sn58Bi的熔点为139℃，在中等冷却速度条件下，共晶相SnBi呈片状；在缓慢冷却速度下，晶粒较大，钎焊接头的裂纹一般沿晶界扩展；而且钎焊接头的再结晶会引起体积膨胀，从而加剧合金的脆化。焊接接头在受到冲击和应力时，产生的微型裂纹沿晶界扩展，进而导致焊点断裂并失效。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术的不足，提供一种可抑制Bi元素的偏析、提高焊点机械性能的SnBiAgSbIn低温无铅焊料。本专利技术采取的技术方案如下：一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，该无铅焊料合金的重量百分比组成为：30-60％的Bi；0-3.5％的Ag；0.1-3％的Sb；0-3.0％的In；0-0.11％的Ge；0-0.11％的P；和任选两种以上下列稀土元素的复合添加：0-0.5％的Y；0-0.5％的La；0-0.5％的Ce；0-0.5％的Pr；余量的Sn以及不可避免的杂质。一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，按重量百分比计，包含：30-60％的Bi；0-3.5％的Ag；0.1-3％的Sb；0-3.0％的In；0-0.11％的Ge；0-0.11％的P；和任选两种以上下列稀土元素的复合添加：0-0.5％的Y；0-0.5％的La；0-0.5％的Ce；0-0.5％的Pr；余量的Sn以及不可避免的杂质。所述低温无铅焊料合金在制备过程中，Y元素以BiY中间合金的形式添加，Ag、In、Sb、Ge、P、La、Ce、Pr制备成SnX中间合金形式添加，不足的Sn和Bi以纯Sn和纯Bi添加。上述中间合金制备比例和熔炼温度分别是：Y：Bi-82％Y，1400℃；Ag：Sn-3％Ag，400℃；In：Sn-52％In，350℃；Sb：Sn-10％Sb，500℃；Ge：Sn-1％Ge，400℃；P：Sn-1％P，450℃；La：Sn-90％La，900℃；Ce：Sn-1.8％Ce，450℃；Pr：Sn-3％Pr，400℃。为了降低焊料合金中Bi元素的偏析，本专利技术的低温无铅焊料合金添加了一定量的Sb并联合多种稀土元素的复合添加，在Sb和稀土元素的“钉扎”作用下，可有效抑制Bi元素的偏析，提高焊点的机械性能，稀土元素还可改善熔融焊料的表面特性，降低熔融焊料的表面张力，促进焊料的润湿，提高焊料合金的焊接性能。当In含量较低时，In可以固溶在Sn中，固溶的In原子可以阻碍位错的运动。本专利技术添加微量的In，可以提高焊料合金的焊接性能并有效控制焊料的成本。附图说明图1为实施例7的低温无铅焊料合金SnBi55Ag0.3Sb0.1In2.6DSC曲线；图2为实施例7的低温无铅焊料合金SnBi55Ag0.3Sb0.1In2.6试样拉伸试验后得到的载荷-位移曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。本专利技术的具体实施例和对比例的合金配方如表1所示(以质量百分数计)，其中对比例为SnBi58共晶焊料合金与实施例进行各项性能的对比。表1实施例和比较例合金BiAgInSbGePYLaCePr范围30-600-3.50-3.00.1-30-0.110-0.110-0.50-0.50-0.50-0.5实施例1402.50.10.50.080.0020.010.0100.1实施例2421.50.30.60.040.0100.020.030实施例3440.122.02.40.060.020.25000.01实施例4483.001.50.110.00800.250.050实施例5301.01.320.010.100.0300.250实施例6503.50.81.00.050.110.50.100.01实施例7550.32.60.100.0600.50.020实施例83201.00.20.020.006000.010.5实施例9602.01.51.20.0080.010.0500.50.05实施例10350.13.03.00.0040.008000.10.25比较例58000000000低温无铅焊料合金在制备过程中，Y元素以BiY中间合金的形式添加，Ag、In、Sb、Ge、P、La、Ce、Pr制备成SnX中间合金形式添加，不足的Sn和Bi以纯Sn和纯Bi添加。所述中间合金制备比例和熔炼温度分别是：Y：Bi-82％Y，1400℃；Ag：Sn-3％Ag，400℃；In：Sn-52％In，350℃；Sb：Sn-10％Sb，500℃；Ge：Sn-1％Ge，400℃；P：Sn-1％P，450℃；La：Sn-90％La，900℃；Ce：Sn-1.8％Ce，450℃；Pr：Sn-3％Pr，400℃。在熔炼炉中熔化过程中，为防止部分合金的氧化烧损，在熔体的表面覆盖一层防氧化溶剂。按表1配制合金，对其合金测试熔点、抗拉强度。采用DSC131evo型差示扫描量热分析仪测试熔点，升温速率为5K/min；采用REGER型力学试验机测试抗拉强度，拉伸速度为2mm/min；采用MUSTSYSTEMII型可焊性测试仪测定焊料的润湿力，母材为的纯铜丝、助焊剂为KESTER985-M、实验温度240℃、浸入深度3mm、浸入速度10mm/s、浸入时间5s。实施例与对比例的熔点、抗拉强度、润湿力结果如表2所示：表2合金性能测试结果从表2可以看出，本专利技术的实施例1～10任一低温无铅焊料合金的熔化温度都不高于150℃，甚至有熔化温度比SnBi58稍低的，并且与SnBi58相比，合金的抗拉强度、润湿力都有较大的提高。本专利技术所述无铅焊料形态为粉状、膏状、BGA焊球、无芯或有芯焊丝状、棒状、条状、锭状、箔状等中的任一种。产品的状态无限定，根据需求而定。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金的重量百分比组成为：30‑60％的Bi；0‑3.5％的Ag；0.1‑3％的Sb；0‑3.0％的In；0‑0.11％的Ge；0‑0.11％的P；和任选两种以上下列稀土元素的复合添加：0‑0.5％的Y；0‑0.5％的La；0‑0.5％的Ce；0‑0.5％的Pr；余量的Sn以及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金的重量百分比组成为：30-60％的Bi；0-3.5％的Ag；0.1-3％的Sb；0-3.0％的In；0-0.11％的Ge；0-0.11％的P；和任选两种以上下列稀土元素的复合添加：0-0.5％的Y；0-0.5％的La；0-0.5％的Ce；0-0.5％的Pr；余量的Sn以及不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金，其特征在于，所述低温无铅焊料合金在制备过程中，Y元素以BiY中间合金的形式添加，Ag、I...
【专利技术属性】
技术研发人员：滕媛，白海龙，陈东东，刘宝权，徐凤仙，赵玲彦，吕金梅，武信，秦俊虎，古列东，张欣，孙维，孙绍福，禹锐，孙彪，肖倩，
申请(专利权)人：云南锡业锡材有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。