一种Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金制造技术

本发明专利技术公开了一种Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｄｙ无铅焊料合金，该合金中的各成分的质量百分比为Ｄｙ：０．０１～４．０％；Ａｇ和Ｃｕ中的一种或两种，其质量百分比为：Ａｇ：０．１～５．０％，Ｃｕ：０．０１～２．０％；还可添加微量元素Ｐ、Ｍｇ和Ａｌ中的一种或几种，添加的质量百分比为０．００１～０．１％；其余为Ｓｎ和难以避免的杂质元素。本发明专利技术的Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｄｙ无铅焊料合金，有较低的合金熔点，通过加入金属Ｄｙ减少了合金中贵金属银的用量，降低了成本，并提高了焊料的润湿性和抗氧化能力，以及焊点的机械力学性能和电性能，可以应用于电子集成电路ＳＭＴ贴装制造技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊料合金，具体地说是一种Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金。
技术介绍
随着电子工业的迅速发展以及人类对环保的要求，现今世界各国正逐渐禁止使用含铅材料，其中包括含铅钎料。美国、日本，以及欧洲在立法方面都对含铅软钎料使用做了限制，其中欧盟的WEEE法案明确规定2006年7月1日后在欧盟销售的电子产品中禁止使用含铅钎料。无铅钎料在不久将来替代含铅钎料已经是大势所趋。世界各国和地区都投入大量人力物力开发研究新型无铅电子组装用焊料。作为一种新型的无铅电子组装焊料，应具有工艺性能好(熔点低、熔化区间小、对母材润湿性好、抗腐蚀抗氧化性能好)、工艺良率高(铺展速度快、焊接成品率高、成渣率高)、焊点可靠性好(焊点结合强度高、抗蠕变性能好、力学机械性能优良、导电性好)、成本低廉等特点。当前已经开发并投入工业生产应用的无铅焊料主要有Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn、Sn-Bi、Sn-In等二元合金体系以及在其二元合金体系基础上发展起来的Sn-Ag-Cu、Sn-Zn-Ag、Sn-Ag-Cu-Sb等三元或四元合金体系，其中在回流焊工艺中，目前使用最为广泛的是Sn-Ag-Cu合金体系；在波峰焊中使用最为广泛的是Sn-Cu体系。但是从目前的情况来看上述两种主要合金都存在着其固有的缺点当前使用的Sn-Ag-Cu系主要有日本千助和美国爱华州立大学所持有的Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.8Ag0.7Cu专利产品和在其基础上发展的四元合金焊料Sn-Ag-Cu-Sb(Castin合金)、Sn-Ag-Cu-Bi(USP4879096和CAP1299471)、Sn-Ag-Cu-Ni(USP4758407)和NCMS推荐使用的Sn-Ag-Cu-Zn，Sn-Ag-Cu主要缺点是由于含有3～4％的银因此合金的成本非常高，同时存在合金熔炼和组装温度窗口等问题，抗氧化腐蚀性能也不尽人意，这些四元焊料在一定程度上改善了Sn-Ag-Cu三元焊料，但在某方面还都存有不足；Sn-Cu体系温度高而且在波峰焊过程中容易造渣，并且熔化温度高造成焊接可靠性和工艺良率存在一定问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金，以解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术通过在现有Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu系无铅焊料合金中加入金属Dy，降低了合金的熔点，同时可以减少合金中贵金属银的用量，降低成本，并提高了焊料的润湿性和抗氧化能力，以及焊点的机械力学性能和电性能。本专利技术又进一步在Sn-Ag-Dy、Sn-Cu-Dy、Sn-Ag-Cu-Dy体系基础上加入了微量元素P、Al和Mg元素中的一种或几种，目的在于克服现有技术中存在的问题，进一步提高Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金的性能，以提供一种抗氧化抗腐蚀性能良好；熔点、润湿性都较好；机械性能、电性能优良、工艺优良率佳、使用可靠的Sn-Ag-Dy-Cu无铅焊料合金。本专利技术可以用于电子集成电路SMT的贴装制造。为实现上述目的，本专利技术采用的具体技术方案如下一种Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有如下组分Dy0.01～4.0wt％；Ag和Cu中的一种或两种，其含量各是Ag0.1～5.0wt％；Cu0.01～2.0wt％；其余为Sn和难以避免的杂质元素。该Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金可含有如下组分 选自Ag和Cu两种，其含量各是Ag0.1～4.0wt％；Cu0.1～1.5wt％；和上述所定义的量的Dy、Sn和难以避免的杂质元素。该Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金还可含有如下组分选自Ag和Cu中的一种Ag，其含量为0.1～5.0wt％；和上述所定义的量的Dy、Sn和难以避免的杂质元素。所述的Dy的最佳含量为0.01～2.0wt％，所述的Ag的最佳含量为0.1～2.0wt％该Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金又可含有如下组分选自Ag和Cu中的一种Cu，其含量为0.01～2.0wt％；和上述所定义的量的Dy、Sn和难以避免的杂质元素。所述的Dy的最佳含量为0.01～1.0wt％。一种Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有如下组分Dy0.01～4.0wt％；Ag和Cu中的一种或两种，其含量各是Ag0.1～5.0wt％；Cu0.01～2.0wt％；微量元素P、Mg和Al中的一种或几种，添加的质量百分比为0.001～0.1wt％。其余为Sn和难以避免的杂质元素。前述的Sn-Ag-Cu-Dy无铅焊料合金，其中，所述的杂质元素为Bi、Ni、Ge、Sb、Ga、In、La、Ce、Fe和Zn中的一种或几种，他们在合金中的质量百分比控制在0.3％以内。本专利技术的合金通过添加微量元素Mg、Al和P中的一种或几种，以提高合金的微观组织和抗氧化性。在本专利技术所述合金中添加P、Mg和Al中的任意一种或几种，合金性能所达到的效果大致相同，所以对具体添加的种类不做限定；由于P、Mg和Al的添加量非常少，所以添加时其之间无具体比例关系，可以以1∶1的关系进行添加，也可以以任意比例进行添加，只要保证添加的总质量百分比在0.001～0.1％范围内即可，若高于该范围将提高合金熔点和脆性或降低焊料的润湿性，恶化焊料的综合使用性能；低于该范围，对合金的高温抗氧化腐蚀性不利，不利于在焊料表面形成氧化致密保护层、提高其抗氧化腐蚀性。本专利技术所述Sn-Ag-Dy-Cu无铅焊料合金的制备方法为本领域内合金制备的一般常规方法，具体步骤如下(1)在氮气保护气氛下，熔炼温度分别为600℃、600℃和800℃的条件下在真空电阻炉中制备Sn-20Ag、Sn-10Cu、Sn-10Dy中间合金； (2)依据本专利技术焊料合金各成分含量要求，分别称量所需中间合金和金属锡及微量元素，在氮气保护气氛下，熔炼温度为400℃的条件下熔炼并浇注所需成分合金锭；(3)制备的合金锭可以通过压轧、拉丝或其他机械加工方式加工成所需的箔、丝或棒粉等形式。本专利技术所述Sn-Ag-Dy-Cu无铅焊料合金主要有以下优点(1)本专利技术所述Sn-Ag-Dy-Cu无铅焊料合金与Sn-Ag-Cu焊料合金相比大大降低了合金的熔化温度，提高焊料的润湿性，如图1所示，Sn-Dy二元共晶相图中，其共晶温度为215℃，Sn-Ag-Dy-Cu无铅焊料合金与Sn-Ag-Cu焊料合金相比其熔点降低了3～15℃，其中如图2所示，Sn2.0-Ag0.9-Dy0.3-Cu熔点可以降低至206℃。(2)在新型无铅合金焊接或凝固过程中，由于Ag3Sn、Ag2Dy、Cu5Dy、DySn4等新的细小相生成，可以大大提高焊料合金的机械强度和焊接强度，同时生成的弥散细小相不仅提高了焊料合金抗氧化化性而且可以防止锡晶须的形成。(3)本专利技术所述Sn-Ag-Dy-Cu无铅焊料合金与目前使用的Sn-Ag-Cu焊料合金相比Sn-Ag-Dy-Cu焊料合金中的贵金属银的使用量大大减少，使新型焊料合金的成本远远低于目前使用的SnAgCu焊料合金。(4)本专利技术所述的Sn-Ag-Dy-Cu、Sn-Ag-Dy、Sn-Dy-Cu系列无铅焊料合金可以将预制的母合金锭坯在240～300℃熔化浇注成条、锭焊料或挤拉轧制成丝、板焊料，也可以雾化制成焊粉作为焊膏基料使用。附图说明图1为SnDy二元共晶相图；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ－Ｄｙ无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金含有如下组分：Ｄｙ：０．０１～４．０ｗｔ％；Ａｇ和Ｃｕ中的一种或两种，其含量各是：Ａｇ：０．１～５．０ｗｔ％；Ｃｕ：０．０１～２．０ｗｔ％；其余为Ｓｎ和难以避免的杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何礼君，杨恒，何蓉蓉，张岩云，
申请(专利权)人：何礼君，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]