制备ＳｎＺｎＮｉＣｕＡｌ焊料粉的方法及ＳｎＺｎＮｉＣｕＡｌ焊料粉技术

本发明专利技术提供一种通过液体淬火雾化法制备ＳｎＺｎＮｉＣｕ焊料粉的方法，其中雾化温度不低于５００℃，特别是不低于９００℃。用作焊料粉原料的原料金属包含相对于原料的总量为３至１２重量％的Ｚｎ，总共为１．０至１５重量％的Ｃｕ和Ｎｉ，以及余量的Ｓｎ和不可避免的杂质。因此，实现了高的连接强度，并且提供可以改善焊料接合部分的接合可靠性的ＳｎＺｎＮｉＣｕ焊料粉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备具有优异接合可靠性的SnZnNiCu焊料粉的方法以及所述的SnZnNiCu焊料粉。
技术介绍
常规地，已经将Sn-Pb合金用作焊料合金。但是，近年来，由于对人类健康和环境的关注，已经开发出不含Pb的无Pb焊料合金。至于所述的无Pb焊料合金，例如，已经提出了Sn-Ag焊料合金、Sn-Ag-Cu焊料合金等。但是，由于这些焊料合金的熔点高，在焊接过程中需要高的加热温度，并且在某些情况下，超过了电子部件耐热性的可允许范围。此外，由于焊料中的Ag3Sn相长大，焊料本身的强度劣化。另一方面，Sn-Zn焊料合金具有解决上述问题的潜在手段，因为Zn具有降低熔点的功能并且可以在焊接过程中降低加热温度。例如，在如下所述的每篇专利参考文献中，已经提出了各种Sn-Zn焊料合金。日本未审查专利公布No.H8-243782公开了Sn-Zn焊料合金，其含有3至12重量％的Zn，并且含有作为附加组分的不超过3重量％的选自Sb、In、Au、Ag和Cu中的至少一种。通过含有上述附加组分，认为该焊料合金在焊接过程中改善了湿润性。日本未审查专利公布No.H9-94687公开了Sn-Zn焊料合金，其含有7至10重量％的Zn、0.1至3.5重量％的Ag和/或0.1至3重量％的Cu。日本未审查专利公布No.H9-94688公开了Sn-Zn焊料合金，其含有7至10重量％的Zn、0.01至1重量％的Ni和0.1至3.5重量％的Ag和/或0.1至3重量％的Cu。通过含有上述附加组分，认为这些焊料合金改善了拉伸强度。日本未审查专利公布No.H9-155587公开了Sn-Zn焊料合金，其含有7至9重量％的Zn和0.1至0.5重量％的Cu。通过含有上述附加组分，认为该焊料合金改善了机械强度。日本未审查专利公布No.2000-15478公开了Sn-Zn焊料合金，其含有不超过0.5重量％的附加组分，如Cu、Al和Ni。通过含有上述附加组分，认为该焊料合金抑制了机械特性的改变。日本未审查专利公布No.2001-259885公开了Sn-Zn焊料合金，其含有92至96重量％的Sn、1至5重量％的Zn、1至3重量％的Cu和0.5至2重量％的Sb。认为该焊料合金达到了高的连接强度。顺便提及，通过使用Sn-Zn焊料合金对Cu基材的焊接通常导致的问题在于，在Cu基材和焊料合金之间的界面附近形成了Cu-Zn金属间化合物的厚脆层。此外，如在上述专利参考文献中的每一篇中所述，使用具有用以改善机械强度和湿润性而加入的Cu等的焊料合金对Cu基材的焊接时，将Cu加入至焊料合金已经使得在界面附近的金属间化合物层更厚。当形成这种Cu-Zn金属间化合物层时，Cu基材和焊料合金之间的连接强度和连接可靠性劣化。即使在焊接之后，金属间化合物层也随着时间进一步生长，并且随着这种生长，Cu基材和焊料合金之间的连接强度进一步劣化。
技术实现思路
先前，本专利技术的专利技术人研究了可以抑制在焊接后金属间化合物的产生和焊接后金属间化合物的生长的Sn-Zn焊料合金，发现上述问题可以通过将Cu和Ni的含量保持在一个特定范围而得到解决，并且提交了专利申请(参见，日本未审查专利公布No.2005-238297)。此后，本专利技术的专利技术人研究了制备含有Cu和Ni的SnZnNiCu焊料合金的方法，结果发现以下的新事实液体淬火雾化法在给定条件下的使用可以获得SnZnNiCu焊料合金，该SnZnNiCu焊料合金减小连接强度的劣化，并且可以达到高度的连接可靠性。根据本专利技术制备SnZnNiCu焊料粉的方法是一种根据液体淬火雾化法制备SnZnNiCu焊料粉的方法，并且其特征在于，雾化温度不低于500℃。优选雾化温度不低于900℃。本专利技术的制备方法中，用作焊料粉原料的原料金属的组合物优选包含相对于原料的总量为3至12重量％的Zn、总共为1.0至15重量％的Cu和Ni，以及余量的Sn和不可避免的杂质。相对于原料的总量，原料金属还可以含有0.0081至0.2重量％的Al。在本专利技术的制备方法中，可以将原料金属熔化，并且在被雾化气体从喷嘴中喷出的情况下快速淬火。雾化气体的压力可以为1至15MPa。根据本专利技术的制备方法得到的焊料粉的平均粒度可以为5至100μm。大于上述范围的平均粒度使得焊料结构的微型化困难，并且小于上述范围的平均粒度可能增加用于焊料连接所需要的焊剂量的比率。本专利技术还提供根据上述方法制备的SnZnNiCu焊料粉。本专利技术的焊料粉优选包含3至12重量％的Zn、总共为1.0至15重量％的Cu和Ni，以及余量的Sn和不可避免的杂质，并且可以还含有0.0081至0.2重量％的Al。本专利技术的焊料粉的平均粒度可以为5至100μm。大于上述范围的平均粒度使得焊料结构的微型化困难，并且小于上述范围的平均粒度可能增加用于焊料连接所需要的焊剂量的比率。本专利技术的通过液体淬火雾化法，在500℃或更高的温度雾化得到的焊料粉具有小的粒度，并且具有作为内部焊料结构的微型化亚微米结构。此外，使用本专利技术的焊料粉对Cu基材的焊接防止了在Cu基材和焊料合金之间的界面附近形成Cu-Zn金属间化合物的厚脆层。因此，本专利技术防止了基材和焊料合金之间连接强度的劣化，并且可以改善焊料连接部分的连接可靠性。在本说明书中，根据本专利技术的“焊料粉”有时称作“焊料合金”。附图说明图1是显示在本专利技术的方法中使用的雾化单元的示意图。图2是显示雾化的焊料粉(1)至(3)的焊料结构的横截面照片。图3是显示具有相同组成并且用于比较的松散材料(1)至(3)的焊料结构的横截面照片。图4是当使用雾化的焊料粉(1)至(3)焊接Cu基材时与Cu基材的界面附近分析结果的横截面照片。图5当使用具有相同组成并且用于比较的松散材料(1)至(3)焊接Cu基材时与Cu基材的界面附近分析结果的横截面照片。具体实施例方式下面将详细解释本专利技术制备SnZnNiCu焊料粉的方法及所述的SnZnNiCu焊料粉。本专利技术的制备方法是在不低于500℃，优选不低于900℃的雾化温度通过液体淬火雾化法制备SnZnNiCu焊料粉。对于液体淬火雾化法，可以使用图1所示的这种单元。图1所示的雾化单元具有熔融金属室1和位于熔融金属室1下面的雾化室2。熔融金属室1在内部有坩埚3，在底部有被塞杆4闭合的透孔9，并且熔融金属合金6在内部。围绕坩埚3安置介电线圈5。在熔融金属室1中，提供用来供应压缩气体如氩(Ar)气的压缩气体流入通道7，并且提供真空系统8如真空泵。在透孔9中提供用来测量雾化温度的热电偶(图中未显示)。在坩埚3底部的透孔9与在雾化室2上部提供的熔融金属喷嘴10相通。用来将熔融金属合金6喷入雾化室2并且快速淬火的雾化气体供应通道11与熔融金属喷嘴10连接。雾化气体的实例包括氦气、氮气和氩气。可以在1至15MPa的压力下供应雾化气体。在雾化室2的底部，提供旋风集尘器12。在旋风集尘器12底部提供的料斗13收集焊料粉，并且废气通过过滤器14从排气管15排放。液体淬火雾化法用来熔化原料金属，并且在被雾化气体从喷嘴喷出的情况下快速淬火。例如，在上述雾化单元中，在焊料原料合金在坩埚3中熔化，并且转变成熔融金属合金6后，随着塞杆4的举起，将熔融金属合金6从透孔9供应至熔融金属喷嘴10，并且将雾化气体从熔融金属喷嘴10喷出至用于雾化的雾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过液体淬火雾化法制备含有Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ和Ｃｕ的焊料粉的方法，其中雾化温度不低于５００℃。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松原英一郎，市坪哲，穴田隆昭，隈元圣史，入江久夫，
申请(专利权)人：播磨化成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]