一种SnAgCu无铅钎料制造技术

一种ＳｎＡｇＣｕ无铅钎料，属于微电子行业电子组装用无铅钎料制造技术领域。本发明专利技术成分（质量百分比）：Ａｇ　０．３～３％，Ｃｕ　０．１～１．２％，Ｌａ　０．０２～０．２％，Ｐ０．０００１～０．２％，Ｃｏ　０．０１～０．５％，或且添加Ｎｉ　０．０５～０．５％，或同时含有Ｃｏ　０．０１～０．５％，以及Ｎｉ　０．０５～０．５％余量为Ｓｎ。本发明专利技术提出在ＳｎＡｇＣｕ钎料的基础上，添加微量Ｌａ、Ｐ等元素在改善抗氧化性能和润湿性能基础上，改善了钎焊接头的剪切强度和抗冲击性能，增强焊点的抗跌落能力，提高钎料的顺应性能和协调性能。本发明专利技术的钎料组织细化、均匀，不含Ｐｂ等有毒元素，无污染，冶炼方便，可加工成多种产品形式，满足当前颁布的ＷＥＥＥ和ＲｏＨＳ指令，是一种高性能无铅钎料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钎焊领域的无铅钎料，是一种高性能的SnAgCu无铅钎料,属 于微电子行业电子组装用无铅钎料制造

技术介绍
.-随着WEEE和RoHS指令的实施，迫于商业竞争的巨大压力和人们环保 意识的增强，各国的相关企业和科研机构纷纷进一步加强了对无铅钎料的研 究工作。目前，国际公认的无铅钎料是SnAg， SnCu, SnBi, SnZn及SnAgCu 等。SnAg焊料由于Ag含量较高在显微组织中容易形成板状的Ag3Sn，不仅 使钎料的强度降低而且对疲劳和抗冲击性能也有不良影响，并且基体中的Cu 容易扩散到钎料中，导致钎料的可靠性下降；SnCu成分简单，但是需求的焊 接温度过高，几乎达到了焊接电路板承受的极限，因此更多的应用于波峰焊， 限制了其发展；SnBi钎料由于熔点仅为139°C，只适合在低温钎焊和一些对 温度敏感的元件中使用；SnZn焊料由于Zn的活性很大，容易造成选择性氧 化，使得钎料的抗氧化和抗腐蚀性能差，做成的焊膏不易保存，并且在焊料 的物理结构和服役寿命上的研究较少，同时相应的助焊剂的研制也很缓慢， 还有待于进一步的研究；而SnAgCu系因其优良的润湿性能和力学性能，己 成为无铅替代的主要钎料，已经得到了美国NEMI (NationalElectronics Manufacturing Initiative )， 英国的DTI(Demperatment of Trade and Industry)以 及欧洲的IDEA1S计划的认可。然而，随着电子元件向多层化、片式化、集成化和多功能化发展，单位 元器件的电流密度和热储存量都在增大，因此如何进一步的提高SnAgCu钎 料的强度和可靠性能显得尤为重要。近年来，围绕着改善SnAgCu钎料性能的专利技术很多专利技术ZL 02123528.7 在Sn-(2.0-5.0%)Ag-(0.2-1.0°/o)Cu的基础上添加Ce基混合稀土，提出了一种高 蠕变抗力含稀土锡基无铅钎料及制备方法；专利ZL200610017450.7在 Sn-(1.8-3.2。/o)Ag-(0.5-1.5o/。)Cu添加0.01-1 %La、 Ce混合稀土和0.01-3.0%的 Ni提高钎料的韧性，但是这两中钎料中由于都只添加Ce基混合稀土使钎料的 抗氧化性能变差，不仅使得焊点表面失去光泽，影响产品的美观；而且对焊点的可靠性和生产成本都有很大的影响。美国专利USP 6231691报道的无铅 钎料Sn-4.7Ag-1.7Cu中添加不超过lwt.。/。的Ni和Fe元素，虽然提高了钎料 的接头显微组织的问题性，但由于Ag含量过高不利于推广；专利 ZL200610111264.2在Sn-(0.1-3.9%)Ag-(0.01-1.5%)Cu基础上添加La、P或Ga; 专利ZL200610013240.0在Sn-(1.0-4%)Ag-(0.1-0.8%)Cu基础上添加Ni、 Ce、 P、 Ge或Ga，目的都只集中在提高钎料钎料的抗氧化性能和润湿性能上，对 于焊点的强度和抗冲击性能，均未有进一步的提高。由于SnAgCu钎料中含有大量的锡，的氧化对温度又很敏感，因而，提 高钎料的抗氧化性、减少原材料被氧化，降低生产成本很有必要，但是在解 决好上述问题的基础上如何提高焊接接头的剪切强度和抗冲击性能，提高钎 料的顺应性能和协调性能、降低焊接接头的塑性能耗、增强焯点的抗跌落能 力，对于发展电子产品的小型化、便携式、高可靠性有着重大的影响。为此， 本专利技术提出在SnAgCu钎料的基础上，添加微量La、 P、 Co或同时含有Ni 元素在改善抗氧化性能和润湿性能的同时，改善了焊接接头的剪切强度和抗 冲击性能，增强悍点的抗跌落能力，提高钎料的顺应性能和协调性。
技术实现思路
本专利技术是在已知的SnAgCu钎料的基础上，添加微量La、 P、 Co或同时含 有Ni，形成新的SnAgCu多元钎料，该钎料在提高抗氧化性能和润湿性能的基 础上，改善钎料的顺应性能和协调性能，提高焊接接头的剪切强度和抗冲击 性能。并且更为重要的是，在Ag含量较低时，该还能增强焊接接头的塑性能 耗，提高焊点的抗跌落能力。该钎料组织细化、均匀(显微组织见附图1和2)， 并且加工便利，是一种适用于微电子组装行业的高性能无铅钎料。本专利技术提供了一种SnAgCu基无铅钎料，其特征在于该钎料质量百分 比组成为Ag 0.3 3°/。， Cu0.1 1.2%,La0.02 0.2%， P 0.0001 0.2%，余 量为Sn。更进一步，该钎料还包括含有Co0.01 0.5。/。或M0.05 0.5。/。；或者同时 含有Co 0.01 0.5%以及Ni 0.05 0.5%。更进一步，该钎料中Ag含量为0.3 1.00/0。 本专利技术的效果和优势是，添加微量稀土元素La可以提高钎料的显微硬度 和钎焊接头的剪切强度，增大的延伸率，这与La的添加可以细化的显微组织， 改变金属间化合物的形貌，抑制时效引起的金属间化合物层的过度生长有很 大的关系。由La与Sn的相图可矢口，在235 。C有Sn+La—LaSn3包晶反应发生， 这一包晶产物可作为异质形核的核心而细化晶粒。运用键参数函数理论可以 得知稀土元素La具有较强的"亲Sn"倾向，易富集在(3-Sn的各个晶面上，各个 晶面不同而La的吸附量不同，这可改变晶体生长时各个晶面的相对生长速度， 改变晶体的形态，这样La元素可做为非均匀形核的核心，促使Sn-Ag-Sn系钎 料组织细化，分布更均匀。稀土元素La不仅原子半径很大,且作为表面活性元 素表面张力较小,La将富集于液态钎料的表面,降低液态钎料的表面张力，因 此,微量的La能够提高钎料的润湿性能。微量稀土La的添加，还能抑制时效后界面金属间化合物CU6S115的生长，提高钎焊接头的抗蠕变疲劳性能和钎焊接头的剪切强度，延长接头使用寿命，这主要是因为，La具有"亲Sn"倾向，可降 低Cii6Sri5中锡的活度，降低Cu6Sri5金属间化合物的长大驱动力，对Cu6Sns金 属间化合物的生长存在抑制作用。因此加入微量La后SnAgCu/Cu钎料界 Cu6Sn5相变得平坦，化合物厚度层也减小。P元素由于集肤效应可以有效拟制在焊接过程中的氧化。因为P元素与基 体发生交互作用使其偏析和富集在液态表面，形成一层富集的表面吸附层， 在高温的条件下，富集P元素的表面吸附层优先与大气中的氧发生反应，形成 一层致密的氧化膜，主要成分为SnO、 Sn02和811304等，阻止了液态表面的氧 化，从而降低了表面锡渣的产生，提高了钎料的抗氧化性能。在SnAgCu钎料 中P元素的添加量少于0.001X，这种抗氧化作用不明显；当P元素的添加量超 过1。Z时，过量的P元素会严重影响钎料的钎焊工艺性能。Ni元素加入SnAgCu后，会形成Ni3Sri2相，其熔点为795。C，高于金属间化 合物Cu6Sn5相，由于Ni3Sn2相的存在，故可以拟制Cii6Sri5相的长大，表面形成 了细致有光泽的焊料，提高了焊点的抗疲劳强度，还有助于解决焊接的桥连 问题。并且，N玩素的加入，的显微组织中的金属间化合物由Cu6Sn5变为(Cu, Ni)6Sn5。由于Cii6Sns是立方B81型化合物，具有明显金属性，其本征属脆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳｎＡｇＣｕ无铅钎料，其特征在于：该钎料质量百分比组成为Ａｇ０．３～３％，Ｃｕ０．１～１．２％，Ｌａ０．０２～０．２％，Ｐ０．０００１～０．２％，余量为Ｓｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史耀武，董文兴，夏志东，雷永平，郭福，李晓延，刘建萍，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]