原位生长化合物复合增强锡锌基无铅钎料制造技术

一种原位生长化合物复合增强锡锌基无铅钎料，以Ｚｎ含量为６～９％ｗｔ的Ｓｎ－Ｚｎ合金为基体，加入铜粉，Ｓｎ－Ｚｎ合金与铜粉的重量百份比为９６－９９．５％∶０．５－４％。本发明专利技术的复合钎料对铜的润湿性比Ｓｎ－９Ｚｎ合金提高；所形成的焊点为亚共晶Ｓｎ－Ｚｎ合金基体和Ｃｕ－Ｚｎ化合物颗粒组成的复合材料，其拉伸强度、塑性及抗蠕变强度都比Ｓｎ－９Ｚｎ合金显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子器件用钎焊材料，尤其涉及一种原位生长化合物 复合增强锡锌基无铅钎料。
技术介绍
各种电子器件，包括微电子器件普遍采用钎焊作为电路连接和组装手段，长期以来，Sn-Pb共晶及近共晶合金由于熔点低、对铜基的润湿性好等 优点而被作为钎焊材料广泛应用。随着电子产品生产和应用规模的扩大， 更新换代的加速及人类环境保护意识的增强，大量废弃电子产品中铅对环 境及人体的潜在危害引起国际社会的高度关注， 一些国家相继出台了对含 铅焊料的限制法规并设立了全面淘汰含铅焊料的时限。开发无铅钎料以取 代现行Sn-Pb钎料势在必行。与此同时，随着现代微电子器件高度集成化的发展，对焊料可靠性要求 越来越高，传统的Sn—Pb钎料强度较低，不能满足要求，也需要发展新型 的高性能电子钎料。世界各国近年来开展了大量研究，产生了多种无铅钎料合金，但至今尚 未找到各方面性能均令人满意的Sn-Pb钎料替代品。目前相对性能较好、 受多家权威研究机构公推、在一些场合得到应用的是Sn-Ag和Sn-Ag-Cu合 金。但是这类合金熔点(>220—C)相对于现行Sn-Pb共晶合金钎料熔点(183—C)过高，难于与现行电路板材、电子钎焊生产工艺和设备兼容， 且原料成本也较高。Sn-Zn系合金在其共晶成份(Sn-9%wt Zn，简记为 Sn-9Zn)的熔点(198—C)接近Sn-Pb焊料，而且其强度高于Sn-Pb系合 金，相对于其它无铅焊料合金价格最为低廉，很有发展潜力。但由于高含量的易氧化组元Zn的存在，这类合金存在两个突出的问题需要解决它对 铜等金属的润湿性较差，并且抗氧化性较差。此外，相对于Sn-Ag-Cu合金， Sn-Zn合金的强度也较低。Sn-9Zn合金由于处于共晶点，熔点最低，工艺性能最好， 一般是Sn-Zn 系合金钎料的首选成份。目前国际上已出现了几项改善Sn-9Zn合金润湿性 的专利技术，包括向Sn-Zn合金添加Al (US6361626)、添力Q Mn (WO03004713)、添加Ag、 Bi、 In和P (US6241942)、在Sn-Zn粉粒表面 包覆Sn膜(US20030059642，公示中)和添加P或稀土 (CN1481970A) 等技术。对这些技术，目前从无铅钎料生产与应用现状和其技术本身我们 可提出两点不足第一，它们都不是经工业应用证实成熟的技术。尽管这 些专利均声称达到良好效果，但均未有大规模商业应用，各国研究发展无 铅钎料的努力都未曾停止，新的相关专利仍在不断涌现；第二，其中添加 Ag、 Bi、 In和P多种组元的技术有原料成本昂贵和工艺复杂的缺点；第三， 除表面包覆Sn膜的技术外，它们都不能减缓钎料合金的氧化，而包覆Sn 膜亦有工艺复杂，增加成本的缺点。此外，添加较高含量(>3%wt)的Bi可提高Sn-Zn合金的润湿性，并可、 降低合金熔点，这已是一种公开的知识，但是较高的Bi会使合金变脆，并 且Bi资源较少，本身还有一定的毒性，使Bi的大量使用不能成为一种理想 的解决方案。强度方面，Bi或Cu合金化能使强度有所提高，但Bi会引入脆性，有 损焊点可靠性；而Cu会使熔点提高，并且增强效果也较小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原位生长化合物复合增强锡锌基无铅钎料，在保持Sn-Zn合金低熔点、低成本优势情况下，以复合材料技术改善其润 湿性、提高其强度。本专利技术是这样来实现的，以Zn含量为6 9%wt的Sn-Zn合金为基体， 加入铜粉；其特征是，含Zn6-9%wt的Sn-Zn合金与铜粉的重量百份比为 96-99.5%: 0.5-4%。基体熔融时铜粉颗粒能够与之形成较高熔点的Cn-Zn 化合物颗粒增强相，同时使基体合金中的Zn大量消耗，使基体合金中的有 效Zn含量大幅度降低，抑制Zn对钎料润湿性的有害作用。本专利技术的优点是所专利技术的复合钎料对铜的润湿性比Sn-9Zn合金提高； 由它所形成的焊点为亚共晶Sn-Zn合金基体和Cu-Zn化合物颗粒组成的复 合材料，其拉伸强度和塑性及抗蠕变强度都比Sn-9Zn合金显著提高。附图说明图1为不同Qi粉添加量的Sn-9Zn基复合钎料在回流焊实验中在铜表面的润湿铺展率(回流焊峰值温度250°C)。图2为Sn-9Zn/3Cu钎料的显微组织(光学显微镜)。图3为不同Cu粉添加量的Sn-9Zn基复合钎料的瞬时拉伸强度。图4为不同Cu粉添加量的Sn-9Zn基复合钎料的最大延伸率。图5为3(TC下不同Cu粉添加量的Sn-9Zn基复合钎料的弯折蠕变速率随截面最大应力的变化。具体实施方式实施例1:将99. 5%wt的Sn-9Zn合金粉末与0. 5%wt的铜粉球磨混合，以复合粉 体为钎料配制焊膏，其中钎料重量占9(mwt。 实施例2将99%wt的Sn-9Zn合金粉末与l%wt的铜粉球磨混合，以复合粉体为 钎料配制焊膏，其中钎料重量占90y。wt。 实施例3:将97%wt的Sn-9Zn合金粉末与3%wt的铜粉球磨混合，以复合粉体为 钎料配制焊膏，其中钎料重量占9(^wt。 实施例4:将96%wt的Sn-9Zn合金粉末与4%wt的铜粉球磨混合，以复合粉体为 钎料配制焊膏，其中钎料重量占90呢wt。各种钎料对铜的润湿性以相应焊膏在纯铜表面的铺展率来表征。测量方 法为将退火的紫铜薄板用600# SiC砂纸打磨去除氧化皮，并用乙醇擦 净。将所配制的焊膏以1毫米厚的—5 mm孔板在铜板上刮制成—5 mm x 1 mm凸台。将此试样在回流焊炉中于典型回流焊工艺条件下进行熔融铺展实 验，峰值温度为25(TC。待冷却至室温后测量合金熔体铺展面积。铺展率S 定义为(j'aA"，其中^与^分别代表铺展面积与凸台初始面积。对 每种合金取5次测量的平均值来衡量它对铜的润湿性。结果示于附图1。可 以看到几种复合钎料的润湿铺展率都比纯Sn-9Zn钎料高。用金相显微镜观 察凝固后焊点的内部组织，其中一种复合钎料的组织示于附图2，可以看到 亚共晶Sn-Zn合金的基体上分布着Cu-Zn化合物颗粒相。本专利技术形成的焊 点为亚共晶Sn-Zn合金基体和Cu-Zn化合物颗粒组成的复合材料，其拉伸 强度和塑性及抗蠕变强度都比Sn-9Zn合金显著提高，见图3、图4、图5。权利要求1、一种原位生长化合物复合增强锡锌基无铅钎料，以Zn含量为6～9％wt的Sn-Zn合金为基体，加入铜粉；其特征是，含Zn6-9％wt的Sn-Zn合金与铜粉的重量百份比为96-99.5％∶0.5-4％。全文摘要一种原位生长化合物复合增强锡锌基无铅钎料，以Zn含量为6～9％wt的Sn-Zn合金为基体，加入铜粉，Sn-Zn合金与铜粉的重量百份比为96-99.5％∶0.5-4％。本专利技术的复合钎料对铜的润湿性比Sn-9Zn合金提高；所形成的焊点为亚共晶Sn-Zn合金基体和Cu-Zn化合物颗粒组成的复合材料，其拉伸强度、塑性及抗蠕变强度都比Sn-9Zn合金显著提高。文档编号B23K35/26GK101148006SQ20071005350公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月6日 优先权日2007年10月6日专利技术者浪 周, 廖福平, 魏秀琴, 黄惠珍 申请人:南昌大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位生长化合物复合增强锡锌基无铅钎料，以Ｚｎ含量为６～９％ｗｔ的Ｓｎ－Ｚｎ合金为基体，加入铜粉；其特征是，含Ｚｎ６－９％ｗｔ的Ｓｎ－Ｚｎ合金与铜粉的重量百份比为９６－９９．５％∶０．５－４％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周浪，魏秀琴，黄惠珍，廖福平，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]