焊料制造技术

本发明专利技术提供一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn。具体而言，所述焊料是不包含Pb的无Pb焊料。

solder

The invention provides a solder, which comprises 2.5% to 3.3% by weight of Ag, 0.3% to 0.5% by weight of Cu, 5.5% to 6.4% by weight of in and 0.5% to 1.4% by weight of sb. The remaining parts are inevitable impurities and Sn. In particular, the solder is a Pb free solder without Pb.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊料
本专利技术涉及一种焊料，其用作将物体接合在一起时的接合材料。
技术介绍
诸如晶体管、二极管和晶闸管等电子元件经由焊料与电路板接合。主要由铅(Pb)构成的焊料通常被用作焊料。然而，由于近年来环保意识的提高，焊料正被不含Pb的所谓无铅焊料取代。无Pb焊料以锡(Sn)为主要成分，并包含利于沉淀强化的银(Ag)和铜(Cu)作为次要成分。此外，固溶强化已知通过添加铟(In)和锑(Sb)来实现。例如，日本特开专利公报No.2002-120085公开了一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至4.5重量％的Ag、0.2重量％至2.5重量％的Cu、不超过12重量％的In以及不超过2重量％的Sb，剩余部分为Sn。国际公开No.WO1997/009455公开了一种焊料，所述焊料包含1.4重量％至7.1重量％的Ag、0.5重量％至1.3重量％的Cu、0.2重量％至9.0重量％的In以及0.4重量％至2.7重量％的Sb，剩余部分为Sn。在一些情况中，还可以加入铋(Bi)。
技术实现思路
将上述种类的电子元件接合在一起的电路板构成例如安装在汽车中并控制发动机的车载发动机控制单元。现在，汽车有时在极冷的环境中使用，有时在极热的环境中使用。因此要求在较宽的温度范围内保证运行。然而，众所周知的无Pb焊料已知特别是在极低温的环境中在机械特性上有变化。因此，令人关注的是，当汽车在极冷的环境中使用时，车载发动机控制单元的产品寿命中会出现变化。因此，传统技术的焊料在极低温环境中使用时存在可靠性不足的缺点。本专利技术的主要目的是提供一种即使在极低的温度时也显示出稳定机械特性的焊料。本专利技术的另一目的是提供一种即使在极低温环境下使用时也获得足够的可靠性的焊料。根据本专利技术的一个方面，提供一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn。通过采用这样的组成，可以构造低熔点的焊料。由于其具有较低的熔点，因此可以降低接合时施加至焊料的温度。因此，可以减少对待接合的物体(例如，电子元件)造成的热损伤。此外，由于固溶体元素的添加量很小，不易发生孪晶变形，并且抑制了过共晶物质的生成，因此减少了机械特性的变化。因此，接合部的寿命的变化变小，结果，接合物的产品寿命变得稳定。因此，提高了其可靠性。以上内容将在后面详细描述。如上所述，本专利技术的焊料仅包含Sn、Ag、Cu、In和Sb。因此，焊料基本上不包含Bi。因此，其代表具有稳定机械特性的焊料。注意，此处所提及的“基本上不包含”表示拥有不可避免混合在其中的量，而不包括超过不可避免混合在其中的量的量。如上所述，根据本专利技术，焊料仅由一定量的Ag、Cu、In、Sb和Sn构成。因此，可获得低熔点且机械特性变化小的焊料。因此，可以减少对接合物造成的热损伤，并且可以抑制产品寿命的变化以改善可靠性。附图说明图1是使用由Sn-3.0Ag-0.5Cu-6.0In-1.0Sb合金构成的试样在-40℃环境中进行多次拉伸试验时每次的应力-应变曲线(实施例)；图2是显示使用实施例和比较例1至3的试样在-40℃的环境中进行拉伸试验时抗张强度变化幅度的图；和图3是显示在-40℃至超过100℃对比较例1进行拉伸试验时抗张强度变化幅度的图。具体实施方式下面将参考附图详细介绍和描述本专利技术的焊料的优选实施方式。本实施方式的焊料是所谓的无Pb焊料，其主要由Sn构成，含有Ag和Cu以促进沉淀强化，并且其中还添加有In和Sb。也就是说，该焊料由合金构成，所述合金包含2.5％至3.3％(重量％，下同)的Ag、0.3％至0.5％的Cu、5.5％至6.4％的In和0.5％至1.4％的Sb，其剩余部分是不可避免的杂质和Sn。通过将Ag设置为2.5％以上，如上所述促进沉淀强化。现在，将通过在-40℃的环境中对Ag为3.0％和3.5％的Sn-Ag-Cu-In-Sb合金试样进行多次拉伸试验而获得的抗张强度绘图时，发现Ag为3.5％时的抗张强度的变化大于Ag为3.0％时。其原因据推断是，因为当Ag为3.5％时，存在Sn-Ag共晶组成，因此存在亚共晶物质、共晶物质和过共晶物质混合的结构。因此，为了不具有共晶组成而将Ag设定为不超过3.3％。结果，避免了在结构中混合亚共晶物质、共晶物质和过共晶物质，并且能够抑制抗张强度的变化。0.3％以上的Cu也同样会促进沉淀强化。另一方面，当存在Sn-Cu共晶组成时，即当Cu约为0.7％时，则产生亚共晶物质、共晶物质和过共晶物质混合的结构，最终导致抗张强度的变化。为了避免这种情况，Cu被设置为不超过0.5％。此外，通过加入5.5％以上的In，促进了固溶强化，并降低了焊料的熔点。也就是说，与只含有Sn、Ag和Cu的无Pb焊料相比，该焊料的熔点降低。因此，当电子元件与电路板接合时，其在低温下熔化，以此类推。另一方面，如果在Sn中加入过量的In，则Sn的转变点降低。例如，在125℃以上时，其转变为γ相(InSn4)。这种第二相是焊料的机械特性发生变化的部分原因。因此，为了避免这种情况，将In设置为不超过6.4％。在这种情况下，焊料中不会发生孪晶变形。此外，通过加入0.5％以上的Sb，可促进固溶强化。此外，InSn4和β-Sn与In一同在液相中生成，由此晶粒变小，从而导致多晶取向。也就是说，焊料几乎不显示各向异性。换言之，有可能接近各向同性。在使用由Sb与Sn的比例被设定为1.0％至3.0％的范围内的合金构造的试样并构建在-40℃的环境中进行拉伸试验的应力-应变曲线时，获得的结果是，虽然抗张强度随Sb比例的增加而增加，但抗张强度的变化也随Sb比例的增加而增加。具体而言，当Sb与Sn的比例被设定为3.0％时，在应力-应变曲线中出现应力急剧下降和上升之处，即扰动。其原因据推断是，由于固溶元素的大量存在，不发生滑移变形，结果更容易发生孪晶变形。为了避免这种情况，Sb被设置为不超过1.4％，在该比例不容易发生孪晶变形。此外，当使用由Bi与Sn的比例被设定为1.0％、2.0％和3.0％的合金构造的试样并构建在-40℃的环境中进行拉伸试验的应力-应变曲线时，发现即使在1.0％时抗张强度的变化也会增加，并且即使在2.0％时应力-应变曲线也会出现扰动。其原因据推断是，在已添加Bi的情况下，与Sn的情况相比，孪晶变形明显更容易发生。因此，在本实施方式中，Bi基本上的添加量被设定为零。焊料的典型组成是Sn-3.0Ag-0.5Cu-6.0In-1.0Sb。也就是说，典型组成的焊料含有3.0％Ag、0.5％Cu、6.0％In和1.0％Sb，其剩余部分是Sn和不可避免的杂质。采用这种组成，获得了熔点低且抗张强度变化受到抑制的焊料。由此，首先，由于能够在回流焊中实现低温熔化和接合，故例如可以减少当电子元件与电路板接合时电子元件受到的热损伤。此外，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的杂质和Sn。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170407 JP 2017-0764171.一种焊料，所述焊料包含2.5重量％至3.3重量％的Ag、0.3重量％至0.5重量％的Cu、5.5重量％至6.4重量％的In以及0.5重量％至1.4重量％的Sb，其剩余部分为不可避免的...

【专利技术属性】
技术研发人员：平井维彦，大森功基，井住充宏，土屋彩果，
申请(专利权)人：株式会社京浜，
类型：发明
国别省市：日本;JP