无铅焊料和焊接制品制造技术

本发明专利技术提供了一种无铅焊料，它含有０．０１－０．５％（重量）的镍；０．５－３．３９％（重量）的银；和９６．６％（重量）或更多的锡。本发明专利技术还提供了一种焊接制品，它包括：包含易于扩散到熔融的锡中的过渡金属导体的工件；和本发明专利技术的无铅焊料；所述的无铅焊料施用于该工件并与其结合，在电的方面和机械方面结合于所述的过渡金属导体。上述的无铅焊料和焊接制品在焊接过程和焊接后的时效过程中基本上不引起电极腐蚀，并且具有高的拉伸强度和抗热冲击性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无铅焊料和焊接制品。人们广泛地用焊料在电子器件和电子元件上建立电的和机械的结合。一般使用以锡和铅为主要成分的焊料。另外，考虑到环境问题，人们正在使用不含铅的焊料(所谓的“无铅焊料”)，这些焊料以锡为主要成分，并包含银、铋、铜、铟和锑等其它组分。近年来，已用这类无铅焊料制得了具有焊接特性令人满意的电接头的焊接制品。但是，含有锡作为主要组分的焊料，尤其是无铅焊料，在焊接时或焊接后的热老化期间，容易在电接头处形成电极腐蚀。当被焊接的电极组合物中含有易扩散到锡中间的组分时，就会进一步加速电极腐蚀。以锡和银作为主要组分的无铅焊料也已有人提出；但是，为了提高在焊接时的抗电极腐蚀性能而加入镍，将使坚硬的锡银合金进一步硬化，从而使其塑性变形性能显著降低。本专利技术的目的是提供一种无铅焊料和焊接制品，在焊接过程或焊接后的时效期间，这种焊料不会引起电极腐蚀，而且具有高拉伸强度和抗热冲击性能。为了达到上述的目的，本专利技术一个较佳的实施例提供的无铅焊料包含0.01-0.5％(重量)的镍；0.5-3.39％(重量)的银；和96.6％(重量)或更多的锡。上述的无铅焊料在上述的各种组分之外，可含有痕量的偶然的杂质。偶然的杂质的例子为铅、铋、铜和钠。本专利技术另一个较佳实施例提供的无铅焊料包含0.01-0.5％(重量)的镍；0.5-2.0％(重量)的铜；0.5-2.89％(重量)的银；和96.6％(重量)或更多的锡。上述的无铅焊料在上述的各种组分之外，可含有痕量的偶然的杂质。偶然的杂质的例子为铅、铋、和钠。本专利技术再一个较佳实施例提供的无铅焊料包含0.01-0.5％(重量)的镍；选自0.5-2.0％(重量)的铜和0.5-5.0％(重量)的锑中的至少一种组分；其余为锡。上述的无铅焊料在上述的各种组分之外，可含有痕量的偶然的杂质。偶然的杂质的例子为铅、铋、和钠。本专利技术还有一个较佳实施例提供了一种焊接制品，它包括一个工件，该工件包含易于扩散至熔融的锡中间的过渡金属导体；上述任一个较佳实施例中的无铅焊料；所述的焊料施用于工件并与其结合，在电性方面和机械方面结合于所述的过渡金属导体。在上述焊接制品中，所述的过渡金属导体可以是选自铜、银、镍、金、钯、铂、锌、以及它们的合金中的至少一种组分。如上所述，本专利技术的无铅焊料可防止电极腐蚀并具有优良的抗热冲击性能，同时仍保持所需的焊接特性、结合强度、焊料拉伸强度和焊料收缩率，即使用以焊接易于腐蚀的含有过渡金属导体的部件也是这样。本专利技术的焊接制品包括一个工件和无铅焊料，该工件包含易于扩散至熔融的锡中间的过渡金属导体，所述的焊料施用于工件并与其结合，在电性方面和机械方面结合于所述的过渡金属导体。因此，本专利技术的无铅焊料对于易于扩散至熔融的锡中间的过渡金属导体，可防止电极腐蚀并具有优良的抗热冲击性能，同时仍保持所需的焊接特性、结合强度、焊料拉伸强度和焊料收缩率。本专利技术的焊接制品中，所述的过渡金属导体是选自铜、银、镍、金、钯、铂、锌、以及它们的合金中的至少一种组分。因此，本专利技术的无铅焊料对于易于扩散至熔融的锡中间的过渡金属导体，可防止电极腐蚀并具有优良的抗热冲击性能，同时仍保持所需的焊接特性、结合强度、焊料拉伸强度和焊料收缩率。焊接一般在N2气氛下进行，以提高焊接特性。由于本专利技术的无铅焊料的镍含量低，因而可方便地在空气中进行。因此该焊料具有优越的焊接加工性能。本专利技术的无铅焊料只含有少量昂贵的抑制腐蚀的元素如银，因此与常规的无铅焊料相比，焊接成本可以降低。在本专利技术的无铅焊料中，以总重量为100％计，镍的含量较好在0.01-0.5％(重量)的范围。当镍含量低于0.01％(重量)时，抗电极腐蚀性能下降，焊接时电极的剩余面积减少。另一方面，当镍的含量大于0.5％(重量)时，无铅焊料的液线提高，导致在相同温度焊接时，会不能桥接或外观不良。为了避免这些问题而在较高温度焊接，则会使电子元件因受到高热而性能产生缺陷。在本专利技术的Sn-Ni-Cu三元或Si-Ni-Ag-Cu四元无铅焊料中，以总重量为100％计，铜的含量较好在0.5-2.0％(重量)的范围。当铜的含量小于0.5％(重量)时，不能有效地提高结合强度。另一方面，当铜的含量大于2.0％(重量)时，由于Cu6Sn5和Cu3Sn之类硬而脆的金属化合物的过度沉淀，使结合强度降低。此外，无铅焊料的液线提高，导致在相同温度焊接时，会不能桥接或外观不良。为了避免这些问题而在较高温度焊接，则会使电子元件因受到高热而性能产生缺陷。而由于锡和镍的含量降低，还会引起其它一些问题。在本专利技术的Sn-Ni-Ag三元无铅焊料中，以总重量为100％计，银的含量较好在0.5-3.39％(重量)的范围。当银的含量小于0.5％(重量)时，不能有效地提高结合强度。另一方面，当银的含量大于3.39％(重量)时，由于Ag3Sn之类硬的金属化合物的过度沉淀，使结合强度降低。此外，无铅焊料的液线提高，导致在相同温度焊接时，会不能桥接或外观不良。为了避免这些问题而在较高温度焊接，则会使电子元件因受到高热而性能产生缺陷。而由于锡和镍的含量降低，还会引起其它一些问题。在本专利技术的Sn-Ni-Ag-Cu四元无铅焊料中，以总重量为100％计，银的含量较好在0.5-2.89％(重量)的范围。当银的含量小于0.5％(重量)时，不能有效地提高结合强度。另一方面，当银的含量大于2.89％(重量)，银和铜的总含量大于3.39％(重量)时，由于Ag3Sn，Cu6Sn5和Cu3Sn之类硬的金属化合物的共沉淀，使结合强度降低。而由于锡和镍的含量降低，还会引起其它一些问题。在本专利技术的Sn-Ni-Cu三元无铅焊料中，以总重量为100％计，锑的含量较好在0.5-5.0％(重量)的范围。当锑的含量小于0.5％(重量)时，不能有效地提高结合强度。另一方面，当锑的含量大于5.0％(重量)时，焊料的拉伸强度下降，导致抗热冲击性和加工性下降。而由于锡和镍的含量降低，还会引起其它一些问题。在本专利技术的焊接制品中，过渡金属导体是选自铜、银、镍、金、钯、铂、锌、以及它们的合金中的至少一种组分。所述的合金的例子为金-银和金-铂。更好的是，所述的导体包括铜、银、镍或其合金。本专利技术的焊接制品包括被焊接的元件以及在电性方面和机械方面结合于该元件的过渡金属导体的无铅焊料。这些制品的例子为形成在板上用以安装元件的导体以及元件构成的导体的组合，这两种导体互相电结合和机械结合；电子部件与电结合和机械结合于其上的终端的组和；和电子部件电连接和机械连接的终端的组合。本专利技术的焊接制品的制造方法为将本专利技术的无铅焊料熔融，形成焊料球，把焊料球放在部件上，在其上施加助熔剂，然后在大气中将其加热至预定的温度，以将部件的导体焊接。另一种制造方法是在焊接容器中将本专利技术无铅焊料加热至液相温度以上而使其熔融，再将涂覆了助熔剂的部件浸入统计(statistic)熔融的焊料中，通过浸焊结合部件的导体。还有一种制造方法是在喷气焊接容器中将本专利技术无铅焊料加热至液相温度以上而使其熔融，再使涂覆了助熔剂的部件与熔融的焊料接触，通过流焊(flow soldering)结合部件的导体。当部件浸在无铅的焊料中时，部件可在熔融的焊料中摆动。部件与熔融焊料的接触的数目没有限制。用本专利技术无铅焊料结合的部件的例子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅焊料，它含有０．０１－０．５％重量的镍；０．５－３．３９％重量的银；和９６．６％重量或更多的锡。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冈英清，前川清隆，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]