一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金制造技术

一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金，按重量百分比计，包含：0.1‑5％的Ag、0.4‑4％的Cu、0.5‑10％的In、0.1‑10％的Sb、0.5‑10％的Bi、0.01‑0.5％的Ni、总量在0‑0.1％的P、Ge或Ga、余量的Sn以及不可避免的杂质。本发明专利技术通过Ag、Sb、Ni、In等合金元素的添加，形成焊点后在界面处可阻碍Bi的富集，防止SnBi共晶组织形成，减少对焊接接头机械性能的损害，提高焊接强度，同时在不同的工艺温度下，具有较好的抗氧化性。

【技术实现步骤摘要】
一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金
本专利技术涉及无铅焊料合金

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、SnBi系焊料合金。SnAgCu系润湿性好、具有较好的焊接可靠性和工艺良率，但也存在熔点较高、成本高、随着银含量增加抗跌落性降低等缺点。Sn-Cu系成本较低，但熔点高、润湿性较差。Sn-Bi系熔点低、润湿性较好，但由于含Bi较高焊接后可靠性差。公开号为CN1927525和CN101380700B的中国专利分别公开了一系列焊料，这些焊料由于添加了稀土元素，而稀土元素化学性质非常活泼，易于氧化，会使焊料表面张力增大，降低焊料的润湿性，不利于焊接。Zn的添加会使焊接接头表面粗糙、无光泽，并且Zn易氧化影响流动性，导致桥连和拉尖等缺陷增加，而且焊接接头易发生腐蚀等。Fe的添加会使黏渣增多，形成拉尖、桥连等缺陷。Al的添加会使焊接接头出现砂粒状，降低焊接接头的可靠性。为了保证焊接的质量及焊后的可靠性，Zn、Fe、Al、稀土元素等元素在微合金化时都必须严格控制其成分，同时由于Bi的含量很高、脆性较大、且具有“热缩冷胀”的特性，因此仍然存在润湿性差、熔程大(流动性差)、焊接后可靠性差等缺点。
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、改善焊接性能、综合焊接性能好的SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金。本专利技术采取的技术方案如下：一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金，该无铅焊料合金的重量百分比组成为：0.1-5％的Ag；0.4-4％的Cu；0.5-10％的In；0.1-10％的Sb；0.5-10％的Bi；0.01-0.5％的Ni；和以下元素中任意一种、两种或三种的复合添加，总量在0-0.1％范围内：0-200ppm的P；0-200ppm的Ga；0-200ppm的Ge；以及余量的Sn及不可避免的杂质。本专利技术所述无铅焊料合金在制备过程中，Ag、Cu、Sb、In、Ni、Ge、P制备成SnX中间合金形式添加，剩余Bi、Ga以纯物质添加，不足的Sn以纯Sn添加。本专利技术所述Ag、Cu、Ge、P、Sb、In、Ni的中间合金采用真空熔炼炉制备，制备比例和熔炼温度分别是：Ag：Sn-3％Ag，500℃；Cu：Sn-10％Cu，650℃；Sb：Sn-10％Sb，500℃；In：Sn-52％In，350℃；Ni：Sn-4％Ni，700℃Ge：Sn-1％Ge，400℃；P：Sn-1％P，450℃。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、箔状中的任一种。本专利技术SnBiAgCu无铅焊料合金含有的少量的Bi、In和Ni，改善了焊料合金的润湿性及焊接性能。通过Ag、Sb元素的复合添加，在Sb等元素的“钉扎”作用下，可有效抑制Bi元素的偏析与富集而产生的焊接街头的脆性，提高焊接强度，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；通过P、Ge、Ga的复合添加改善了焊料的抗氧化性，在波峰焊与浸焊工艺中，焊料长时间处于熔化状态，此时熔体处于较高的温度下，并且与空气接触，从而产生各种金属氧化物，金属氧化物与液态金属熔体粘附，从而在表面形成一层黏糊状混合物，不仅造成大量焊料金属的损失，而且影响焊料熔体的流动性，容易产生焊接不良、夹渣等工艺问题。P、Ge、Ga的复合添加能有效降低熔体表面金属的氧化，特别是在较高的工艺温度下，合金的抗氧化性比价持久、稳定，而且抗氧化元素耗损比较慢；同时在焊接过程中，阻止在表面生成的氧化物与金属熔体的粘附，焊料熔体的流动性得到较好的保持，焊接质量比较稳定。附图说明图1为实施例3的焊料合金SnAg3Cu3In1Sb1.5Bi0.6Ni0.01Ga的DSC曲线；图2为实施例8的焊料合金SnAg2Cu0.7In0.5Sb3.0Bi2.0Ni0.01PGa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SnBiAgCu高可靠性无铅焊料的重量百分比组成为：0.1-5％的Ag；0.4-4％的Cu；0.5-10％的In；0.1-10％的Sb；0.5-10％的Bi；0.01-0.5％的Ni；和以下元素中任意一种、两种或三种的复合添加，总量在0-0.1％范围内：0-200ppm的P；0-200ppm的Ga；0-200ppm的Ge；以及余量的Sn及不可避免的杂质。所述无铅焊料在制备过程中，Ag、Cu、Sb、In、Ni、Ge、P制备成SnX中间合金形式添加，剩余Bi、Ga以纯物质添加，不足的Sn以纯Sn添加。上述Ag、Cu、Ge、P、Sb、In、Ni的中间合金采用真空熔炼炉制备，制备比例和熔炼温度分别是：Ag：Sn-3％Ag，500℃；Cu：Sn-10％Cu，650℃；Sb：Sn-10％Sb，500℃；In：Sn-52％In，350℃；Ni：Sn-4％Ni，700℃Ge：Sn-1％Ge，400℃；P：Sn-1％P，450℃。制备得到的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、箔状中的任一种，焊料形态没有限制。本专利技术列举了具体的8个无铅焊料实施例。同时采用了对比例SAC3005焊料进行对比。8个实施例的合金配方如表1所示(以质量百分数计)。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270℃、浸入深度3mm、浸入速度10mm/s、浸入时间3s；采用REGER型力学试验机测试抗拉强度，拉伸速度为2mm/min。8个实施例与对比例的熔点如表1所示，润湿性结果如表2所示，力学性能结果如表3所示。表1～表3中的合金编号1～8分别指实施例1～8的焊料合金编号。表1熔点表2润湿性合金编号Ta(s)Tb(s)T2/3FmaxFmax实施例10.46810.48080.56530.9746实施例20.44980.46470.55200.9889实施例30.44810.46130.54600.9387实施例40.46730.48210.56930.9438实施例50.46300.47300.55500.9104实施例60.45420.46060.54060.9732实施例70.43630.44980.53150.9581实施例80.47800.49200.57800.9593SAC3050.44410.45660.54631.0884表3抗拉强度合金编号抗拉强度(MPa)断裂伸长率(％)实施例174.0139.19实施例287.5136.52实施例365.1240.43实施例443.4361.78实施例550.845.6实施例693.9515.64实施例771.0328.11实施例876.5344.48SAC30553.742.17从表1、2、3可以看出，本专利技术的实施例1～8任一无铅焊料合金的熔化温度都低于SAC305，并且与SAC305相比，合金的润湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金的重量百分比组成为：0.1‑5％的Ag；0.4‑4％的Cu；0.5‑10％的In；0.1‑10％的Sb；0.5‑10％的Bi；0.01‑0.5％的Ni；和以下元素中任意一种、两种或三种的复合添加，总量在0‑0.1％范围内：0‑200ppm的P；0‑200ppm的Ga；0‑200ppm的Ge；以及余量的Sn及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金的重量百分比组成为：0.1-5％的Ag；0.4-4％的Cu；0.5-10％的In；0.1-10％的Sb；0.5-10％的Bi；0.01-0.5％的Ni；和以下元素中任意一种、两种或三种的复合添加，总量在0-0.1％范围内：0-200ppm的P；0-200ppm的Ga；0-200ppm的Ge；以及余量的Sn及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种SnBiAgCu高可靠性无铅焊料合金，其特征在于，所述无铅焊料合金在制备过程中，Ag、Cu、Sb、In、Ni、Ge、P制备成SnX中间合金形式添加，剩余Bi、Ga以纯物质添加，不...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕媛，白海龙，陈东东，赵玲彦，吕金梅，刘宝权，徐凤仙，肖倩，严继康，解秋莉，孙维，
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