一种高抗蠕变性焊料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高抗蠕变性焊料及其制备方法，该焊料由以下质量百分数含量的组分组成：Sb:4％

【技术实现步骤摘要】
一种高抗蠕变性焊料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子焊接材料
，具体涉及一种高抗蠕变性焊料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，功率半导体模块电流交互频率越来越高，使得模块整体温度升高。在高温服役状态及高低温转换时，热胀冷缩作用下不同热膨胀系数材料叠加会产生内应力，受内应力以及高温作用的影响，模块焊接层会处于蠕变状态，如果长期处于蠕变状态焊点将会提早断裂失效，导致功率模块寿命的缩短。
[0003]现有的在中低压IGBT模块中衬板与基板之间，厂家普遍使用Sn95％
‑
Sb5％焊料进行连接。IGBT节温温度大约在130℃左右，处于高温及内应力作用下，所以Sn95％
‑
Sb5％焊料的抗蠕变能力也就决定了IGBT模块的整体寿命，而目前整个模块使用过程中出现失效概率最大的地方也是衬板与基板之间的焊接层。
[0004]但是随着5G时代的到来甚至未来的6G时代，新能源汽车特别是自动驾驶新能源汽车用IGBT模块的使用条件将会更加苛刻。因此提高衬板与基板之间焊接层的抗蠕变性能意味着功率模块更长的使用寿命，更低的事故率和更低的维修成本。因此，有必要提供一种抗蠕变性更强的能焊料。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种高抗蠕变性焊料,该高抗蠕变性焊料可以显著的延长焊层蠕变寿命，提高焊层的抗蠕变能力，增强焊接器件的使用寿命；并且该焊料不含贵金属，成本较低，适于工业大规模生产，具有明显的经济效益。<br/>[0006]本专利技术的第二个目的是为了提供一种高抗蠕变性焊料的制备方法。
[0007]实现本专利技术的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：
[0008]一种高抗蠕变性焊料，由以下质量百分数含量的组分组成：
[0009]Sb:4％
‑
12％；Cu:0.1
‑
1.24％；Ni：0.01％
‑
0.2％和余量的Sn。
[0010]进一步的，高抗蠕变性焊料由以下质量百分数含量的组分组成：Sb:4％
‑
6％；Cu:0.3
‑
0.6％；Ni：0.03％
‑
0.15％和余量的Sn。
[0011]进一步的，高抗蠕变性焊料还包括以下质量百分数含量的组分：
[0012]0.01％
‑
3.0％的Bi或0.001％
‑
0.05％的Ge中的一种或两种。
[0013]进一步的，高抗蠕变性焊料还包括质量百分数含量为0.2％
‑
0.5％的Bi或0.01％
‑
0.05％的Ge中的一种或两种。
[0014]进一步的，高抗蠕变性焊料包含质量百分数含量为0.1％以下的P、Ga、Zr中的至少一种。
[0015]进一步的，所述高抗蠕变性焊料的熔程为236.8
‑
245.3℃；优选的，所述高抗蠕变
性焊料的熔程为237.1
‑
244.9℃。
[0016]进一步的，所述高抗蠕变性焊料的抗拉强度为57
‑
60.4MPa。
[0017]进一步的，所述高抗蠕变性焊料的蠕变寿命为18.3
‑
222.4h，优选的，所述高抗蠕变性焊料的蠕变寿命大于33.2h；优选的，所述高抗蠕变性焊料的蠕变寿命大于79.2h；优选的，所述高抗蠕变性焊料的蠕变寿命大于194.1h。
[0018]实现本专利技术的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：
[0019]一种高抗蠕变性焊料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]在400
‑
650℃，惰性气体保护下，先将Sn熔化，在熔化了的Sn中加入Sb进行冶金反应，继续添加Cu和Ni，搅拌均匀得到合金，即所述高抗蠕变性焊料。
[0021]优选的，所述惰性气体为氩气或氮气。
[0022]进一步的，所述合金通过浇铸得到所述高抗蠕变性焊料，浇铸之前，所述合金静置2
‑
10min。
[0023]进一步的，在所述合金中继续添加Bi、Zr、P、Ga、Ge中的一种或两种以上的组合物，搅拌均匀后得到所述高抗蠕变性焊料。
[0024]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0025]1、本专利技术的一种高抗蠕变性焊料，以Sb、Cu、Ni、Sn为主要成分，结合添加微量元素Bi、Ge、P、Ga、Zr，使得本专利技术的焊料相对于Sn
‑
5Sb焊料能有较高屈服强度，更长的蠕变寿命；并且该焊料不含贵金属，成本较低，适于工业大规模生产，具有明显的经济效益；可广泛应用于轨道交通、输配电、电动汽车、新能源发电、高端工业装备等领域，以达到其更高的可靠性要求，支撑系统装置升级发展。
[0026]2、本专利技术的一种高抗蠕变性焊料的制备方法，方法简单，不需要特殊的处理过程，符合工业大规模生产。
附图说明
[0027]图1为不同含量Cu添加下的合金抗拉强度图；
[0028]图2为不同含量Bi添加下的合金剪切强度图；
[0029]图3为不同含量Bi添加下的合金在155℃下加速氧化3h(上)和6h(下)图；
[0030]图4为不同含量Bi添加下合金未处理(上)、155℃下加速氧化3h(中)和6h(下)的焊接后超声波扫描结果图。
[0031]图5为不同含量Bi添加下合金未处理(上)、155℃下加速氧化3h(中)和6h(下)的焊接后超声波扫描结果的空洞率计算统计图。
具体实施方式
[0032]下面，结合具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：
[0033]锡基无铅焊料是电子焊接技术中常用的一种焊料，其抗蠕变性能关乎产品的使用寿命，因此需要提高焊料的抗蠕变性能。
[0034]本专利技术提供一种高抗蠕变性焊料，由以下质量百分数含量的组分组成：
[0035]Sb:4％
‑
12％；Cu:0.1
‑
1.24％；Ni：0.01％
‑
0.2％和余量的Sn。
[0036]蠕变过程中主要包括位错滑移、位错攀移等蠕变机制，在高应力和低温下，位错滑
移通常是蠕变过程的主控机制，在外加应力和热激活的共同作用下越过障碍而滑移；在高应力和高温下，位错攀移为主控机制，通过原子扩散向垂直于滑移面的方向攀移。
[0037]而本申请相比于现有的Sn
‑
5Sb焊料，添加适量的Cu可以促成Cu6Sn5金属间化合物的形成，并弥散分布在焊料基体中，起到钉扎位错，阻碍位错运动的作用，提高材料本身屈服强度，进而提高其抗蠕变性能。并且针对Cu6Sn5金属间化合物在186℃时，六角结构的Cu6Sn5(η)向单斜结构的Cu6Sn5(η
’
)转换，导致体积变化加剧，产生内应力，容易产生裂纹源从而引发焊层失效的问题，同时添加一定量的Ni。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高抗蠕变性焊料，其特征在于，由以下质量百分数含量的组分组成：Sb:4％
‑
12％；Cu:0.1
‑
1.24％；Ni：0.01％
‑
0.2％和余量的Sn。2.根据权利要求1所述的一种高抗蠕变性焊料，其特征在于，由以下质量百分数含量的组分组成：Sb:4％
‑
6％；Cu:0.3
‑
0.6％；Ni：0.05％
‑
0.15％和余量的Sn。3.根据权利要求1所述的一种高抗蠕变性焊料，其特征在于，高抗蠕变性焊料还包括以下质量百分数含量的组分：0.01％
‑
3.0％的Bi或0.001％
‑
0.05％的Ge中的一种或两种。4.根据权利要求3所述的一种高抗蠕变性焊料，其特征在于，所述Bi含量为0.2％
‑
0.5％；所述Ge含量为0.01％
‑
0.05％。5.根据权利要求1或3任一项所述的一种高抗蠕变性焊料，其特征在于，高抗蠕变性焊料还包含质量百分数含量为0.1％以下的P、Ga、Zr中的至少一种。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志豪，林钦耀，杜昆，罗丹平，许四妹，赵锦业，
申请(专利权)人：广州汉源微电子封装材料有限公司，
类型：发明
国别省市：