一种焊接材料技术领域的Sn-Ag-Cu-Bi-Cr低银无铅焊料，其组分包括：0.005-1wt％的Cr、0.5-3wt％的Ag、0-2wt％的Cu、0.5-10wt％的Bi，余量为Sn。本发明专利技术相比现有技术降低了焊料成本，同时抗氧化性、耐腐蚀性、延展性、耐疲劳性等机械性能得到改善，同时对不锈钢焊锡槽等的腐蚀作用明显减弱。
Sn-Ag-Cu-Bi-Cr low silver lead free solder
The invention relates to a Sn-Ag-Cu-Bi-Cr low silver lead-free solder in the technical field of welding materials, wherein the components include: 0.005-1wt% of Cr, 0.5-3wt% of Ag, Bi of 0-2wt%, Cu of 0.5-10wt%, and margin of Sn. Compared with the prior art, reduces the cost of solder, and oxidation resistance, corrosion resistance, ductility, fatigue resistance and other mechanical properties are improved, and the corrosion of the stainless steel solder groove was significantly reduced.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种焊接材料
的焊料，具体是一种Sn-Ag-Cu-Bi-Cr低 银无铅焊料。
技术介绍
到目前为止，大量用于微电子封装及组装的焊料主要是传统的Sn-H3系焊料。然 而，电子产品、设备作为一般工业废弃物和生活垃圾被丢弃时，在自然环境中焊料中的1 成分会溶解出来，侵入地下水，从而对环境和人类造成极大的危害。因此，近年来包括我国 在内的许多国家纷纷制定或正在制定法律、法规，限制含1 物质的使用，用无铅焊料替代 传统的Sn-Pb系含铅焊料已成为全球微电子制造领域不可逆转的大趋势，积极寻找无毒 无害的新型焊料也成为了当前电子行业的重要任务。迄今为止，已经开发的无铅焊料种 类很多，但都存在着这样和那样的问题，具有实际应用价值的并不多。其中，在共晶组成 为Sn-3. 5Ag-0. 75Cu附近的Sn-Ag-Cu三元合金，熔点为217°C，与其它无铅焊料相比，润湿 性好，机械强度高，具有较高的耐疲劳和热冲击性，实用价值较大，是当前公认的最具替代 Sn-Pb传统焊料的无铅焊料，并有可能成为今后标准的无铅焊料。经过现有技术文献的检索发现，现有的Sn-Ag-Cu系焊料不仅价格较贵，熔点偏 高；同时容易形成粗大的Ag3Sn金属间化合物，造成脆性增加，塑性降低，疲劳强度下降；另 外在与Cu基板焊接时容易生成Cu6Sn5金属间化合物，造成焊接可靠性降低；再有，BGA焊球 等Sn-Ag-Cu系合金产品，在放置或在腐蚀环境中表面易氧化发黄，造成焊接性能下降。还 用，在用于波峰焊时，对不锈钢焊锡槽等设备腐蚀严重，不得不换成高成本的钛或钛合金材 料。以上问题如不加以解决，将会严重影响该系焊料的应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种Sn-Ag-Cu-Bi-Cr低银无铅焊料， 相比现有技术降低了焊料成本，同时抗氧化性、耐腐蚀性、延展性、耐疲劳性等机械性能得 到改善，同时对不锈钢焊锡槽等的腐蚀作用明显减弱。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术所述焊料的组分包括0. 005-lwt%的 Cr、0. Ag、0-2wt%& Cu、0. 5_10wt%的 Bi，余量为 Sn。所述的Cr元素优选质量百分比为0. 01-0. 8%，进一步优选为0. 02-0. 5%。所述的焊料中进一步含有Ni、Ga、In以及P，其总量占所述焊料的0_0. 5wt%。本专利技术通过加入Bi，在保证焊料熔点不提高的情况下降低了 Ag含量从而降低了 焊料的成本，但Bi含量超过3%时容易在晶界处偏析，造成机械性能的下降。另外为了避免 Bi加入后对焊料机械性能的影响，本专利技术通过加入Cr提高了焊料的机械性能。实验表明， 通过Cr的加入不仅细化了焊料的微观组织，同时还可以形成弥散分布的金属间化合物，因 此提高了焊料的机械性能；同时Cr的加入会在表面Sn、Cu氧化层和基底金属之间形成Cr 阻挡层，在高温或腐蚀环境中，该阻挡层可以阻止Sn、Cu向外扩散，从而改善了焊料的抗氧化性能和耐腐蚀性能；另外Cr的加入可以抑制焊料中Ag3Sn和Cu6Sn5金属间化合物的生 长，从而防止焊料合金的性能劣化；再有，焊料中的Cr存在会大大降低焊料对含Cr合金的 溶解速度，避免或改善对不锈钢焊锡槽材料的溶蚀。当Cr含量小于0. 005%时，无弥散强化 作用，在焊料表面附近难以形成Cr的阻挡层，对焊料的化学性能和机械性能改善不够；当 含量高于时，易造成成分的偏析，这种偏析使Cr阻挡层不均勻，局部过厚，对润湿性和 机械性能等的负面影响较大。如果控制焊料中Cr的含量在0. 02-0. 5%范围时，阻挡层厚 度均勻、适中，既能产生弥散强化作用，降低对不锈钢等的溶蚀，又没有明显的偏析现象，使 焊料的化学性能和机械性能均处于最佳状态。由于Ag含量的降低会造成焊料的机械强度 下降，本专利技术中加入的( 和h不仅可以改善焊料的润湿性能，同时可以和Cr生成Crfei4、 Cr5Ga6, CrIn2等金属间化合物，在合金中起到弥散强化的效果，从而提高焊料的机械强度。 而Ni的加入不仅可以抑制Ag3Sn金属间化合物的生长，提高焊料的塑性，同时还可以改善 焊料的抗电迁移能力。P的加入改善了焊料的抗氧化性能，从而提高了焊料的润湿性。相比 Sn-Ag-Cu焊料，本专利技术不仅降低了成本，同时在抗氧化性、耐腐蚀性、延展性、耐疲劳性等机 械性能上得到改善，并且对不锈钢焊锡槽等的腐蚀作用明显减弱。本专利技术提供的焊料可以用在很多领域，如做成焊条、焊丝、焊片、焊球、焊粉、焊膏 等。这些产品可以用在电子封装或组装的各个焊接环节，如电子封装中芯片上丝网印刷形 成电极凸点(Bump)、芯片粘贴，BGA、CSP焊球，回流焊、波峰焊等SMT组装，各种电子封装用 基板、印刷电路版焊点形成，以及各种修补焊、手工焊等。总之，本专利技术提供的焊料，其应用 领域广阔。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1本专利技术的组分及其质量百分比为Cr = 0. l%，Ag = l%，Cu = 0. 5%，Bi = 3%， 余量为Sn，通过直接熔炼法或者分步熔炼法制成Sn-lAg-0. 5Cu-3Bi-0. ICr合金焊料。各种性能测定表明相比市场常用的Sn-lAg-0. 5Cu(SAC105)低银焊料，该焊料 的熔点下降2°C。抗拉强度提高50%以上，但延展性降低约20%，涧湿性能提高16%。在 85°C，湿度为85%的腐蚀条件下经过M小时实验后，发黄现象减少，且经过250°C x25小时 高温氧化实验后，光泽性好于SAC105焊料；同时对304不锈钢溶蚀明显减少。另外在焊点 性能测试中发现该焊料可明显抑制界面IMC生长，在回流后焊料界面IMC厚度比SAC105略 有减少。实施例2本专利技术的组分及其质量百分比为Cr = 0. 3%，Ag = l%，Cu = 0. 5%，Bi = 3%， 余量为Sn，通过直接熔炼法或者分步熔炼法制成Sn-lAg-0. 5Cu-3Bi-0. 3Cr合金焊料。各种性能测定表明相比市场常用的Sn-lAg-0. 5Cu(SAC105)低银焊料，该焊料的 熔点下降2°C。抗拉强度提高50%以上，但延展性降低约30%，涧湿性能提高21%。在85°C， 湿度为85%的腐蚀条件下经过M小时实验后，发黄现象进一步减少，且经过250°C x25小时高温氧化实验后，光泽性也好于SAC105焊料；同时对304不锈钢溶蚀进一步减少。另外 在焊点性能测试中发现该焊料更明显的抑制了界面IMC生长，比SAC105焊料界面IMC厚度 减少了 1 μ m。实施例3本专利技术的组分及其质量百分比为Cr = 0. 3 %，Ag = 1 %, Cu = 0.5%, Bi = 3 %, Ni = 0.5%，余量为Sn，通过直接熔炼法或者分步熔炼法制成 Sn-lAg-0. 5Cu-3Bi-0. 3Cr_0. 5Ni 合金焊料。与实施例2相比，该组分配比通过加入Ni减少了焊料中Cr的偏析，在抗拉强度基 本不变的情况下提高了延伸率，相比SAC105焊料延伸率下降15%。其他性能与实施例2基 本相同。权利要求1.一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｂｉ－Ｃｒ低银无铅焊料，其特征在于，所述焊料的组分包括：Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ和Ｓｎ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡安民，李明，罗庭碧，胡静，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31
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