基本上包括锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)和磷(P)的无Pb焊料合金组合物制造技术

一种以Ｓｎ为基体设计的无Ｐｂ焊料合金，其为无毒且环保的金属。该无Ｐｂ焊料包括四元组合物，其基本由约９９．０ｗｔ％Ｓｎ、０．３～０．４ｗｔ％Ａｇ和０．６～０．７ｗｔ％Ｃｕ组成，具有约２１７～２２７摄氏度的非共晶熔化温度。第四种组分为非金属磷（Ｐ），将０．０１～１．０ｗｔ％的磷加入到所述组合物，以在电子装配安装工艺中的手工焊接、熔波钎焊及热风回流焊时能更好地提高微观结构稳定性和减少熔渣的形成。

【技术实现步骤摘要】

尽管铅(Pb)是电子工业中被广泛使用的焊料合金组分，但由于它的毒性，Pb金属的使用有被替代的趋势。除了Pb的毒性之外，还存在其它有关继续广泛使用Sn-Pb和Pb-基焊料的问题。在美国、加拿大、多数欧洲国家及日本，在比如汽车、电动玩具、计算器及仪表的所有电子商品中都是禁止使用Pb。
技术介绍
63％Sn和37％Pb的优异冶金润湿性被认为是在熔融焊料界面瞬间形成很稳定的金属间化合物薄层而促成的。帮助焊料润湿的界面金属间化合物通常为Sn基，而非Pb基。Pb在提高可焊性中的作用还不是很清楚，但似乎与它有效地降低焊料合金的液体表面张力有关，因为降低熔化焊料的接触角会使得钎焊接头更易铺展幷形成相互作用更大的表面积。63％Sn和37％Pb的共晶固化反应也会产生高度精制的Sn和Pb混合相，它能由非常微弱的成分产生不寻常的强度。考虑到政府可能禁止使用Pb或额外征税，电子和电路连接应用的制造商和使用者最近已试图开发无Pb焊料以直接代替传统手工/熔波/软熔焊接工艺中的传统Sn-Pb焊料，这些工艺采用一般方法将电路板加热到240～250摄氏度的温度。此外，该焊料必须在成本上具有竞争力，且与传统Sn-Pb共晶焊料一样易于得到幷大规模使用。管件行业已经开发了一种三元非共晶Sn-Ag-Cu焊料合金作为无Pb焊料，其中含有96wt％Sn、3.5wt％Cu和0.5wt％Ag。该管件焊料固相线温度为227摄氏度、液相线温度为260摄氏度，这都不适于电子制造商(US PatentNumber5527625，Anderson et al.，June 18，1996)。无Pb焊料合金近来的发展主要涉及使用Ag、Bi、Cu、In、Sn和Zn。特别引人注目的是含有Sn、Ag和Cu的焊料组合物。爱荷华州立大学的Anderson等报告了分别含有93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu和Sn/Ag/Cu/Ni/Fe的共晶无Pb焊料(USPatent Number5527625，Anderson et al.，June 18，1996)。基于Sn-Ag-Cu系，Anderson et al.提出由93.6Sn/4.7Ag/1.7Cu组成的无铅焊料，其金属之焊接性、导电性、力学性能及柔韧性等比较其它无铅焊料优越，但它润湿性较差，而且合金组织粗大，容易导致分布不均匀。另一方面，由于Sn-Ag-Cu系无铅焊料合金中Ag的含量高达4.7重量％，在使用过程中与助焊剂的卤素成份发生化学作用产生溴化银、氯化银、氟化银或碳酸银。此类银化合物与光接触后，产生发黑现象而导致有关无铅焊料成品比较容易变黑。另外，据吴建雄et al.等报告了P在熔融情况下它的非金属特性化学分子渗进在无铅焊料的金属分子架构之间，能更好地提高微观结构稳定性和减少熔渣的形成(中华人民共和国国家知识产权局ZL专利号03110895.4，吴建雄et al.，Jan.15，2003)。因此，本专利技术的目的是提供一种环保无Pb焊料合金的新颖且改良的组分，该合金具有现有技术的所有优点而且环保。本专利技术的另一个目的是提供一种环保无Pb焊料合金的一种新颖且改良的组分，该合金能高效生产和市场化。本专利技术的另一个目的是提供一种环保无Pb焊料合金的一种新颖且改良的组分，该合金在关于物力和人力方面都具有较低的制造成本，从而能低价卖给消费者，因此制造该组合物对买方也是可行的。而且，本专利技术的另一个目的是提供一种环保无Pb焊料合金的一种新颖且改良的组分，该合金能在电子行业中用于制造无Pb焊料棒、线、BGA球、粉、膏、片和阳极。本专利技术的其它目的，连同描述本专利技术新颖性的很多特征，在作为公开内容一部分的权利要求中详细指出。为更好地理解本专利技术，其操作优点和在其应用中体现的特殊目的，应该参考以下本专利技术优选实施例的详述。专利技术概述本专利技术提供一种无Pb焊料，其含有四元组合物，该组合物基本由Sn、Ag、Cu和P组成，且具有217～227摄氏度的熔化温度。具体地说，本专利技术提供一种无Pb电导体焊料组合物，基于组合物重量，其基本上由约0.3～0.4wt％Ag、0.6～0.7wt％Cu、不超过1.0wt％的P，余量Sn以及不可避免的杂质组成。加入P是以更好地提高微观结构稳定性和减少熔渣的形成(“不可避免的杂质”包括Cd、Hg、In、Bi、Zn、Al、Fe、As、Ba、Ni、Sb、Se及Cr等，而它们的含量均不超过0.01％)。在一种实施方案中无Pb电导体焊料组合物，基于组合物重量，其基本上由焊料0.3wt％Ag、0.7wt％Cu、0.01～1.0wt％的P、余量Sn以及不可避免的杂质组成，且焊料的熔化温度为217～227摄氏度，加入0.01～1.0wt％的P以更好地提高微观结构稳定性从而减少焊料组合物的熔渣。在本专利技术的另一个实施方式中，无Pb电导体焊料组合物，基于组合物重量，其基本上由焊料0.4wt％Ag、0.6wt％Cu、0.01～1.0wt％的P、余量Sn以及不可避免的杂质组成，且焊料的熔化温度为217～227摄氏度，加入0.01～1.0wt％的P以更好地提高微观结构稳定性从而减少焊料组合物的熔渣。上述的本专利技术焊料在电子和其它行业的熔波钎焊及热风回流锡焊和其它手工焊接工艺中能广泛用于含铅焊料的替代品。本专利技术的焊料不仅在环境方面，而且在成本和实用性方面存在优势，因为该合金化合物(Sn、Ag、Cu和P)比迄今提出的含大量Bi、In、Zn或Ga的无Pb焊料易于以低成本获得。特别是大规模焊料的应用，将从拥有迄今其它无Pb焊料不具备的上述优点的本专利技术低成本高性能的焊料中获益。具体实施例方式本专利技术的无Pb焊料组合物，基本由约0.3～0.4wt％Ag、0.6～0.7wt％Cu、不超过1.0wt％的P、余量Sn的四元组合物，另外添加P以更好地提高微观结构稳定性和减少熔渣的形成。优选地，在采用熔波钎焊工艺的电子焊料应用中，焊料熔化温度范围不应超过10摄氏度。本专利技术焊料熔化范围在10摄氏度内。本专利技术的一种优选的无Pb焊料如下，呈现非共晶熔化温度(1)一种无Pb电导体焊料组合物，基于组合物重量，其基本上由0.3wt％Ag、0.7wt％Cu、0.01～1.0wt％的P、余量Sn以及不可避免的杂质组成，且焊料的熔化温度为217～227摄氏度)(2)一种无Pb电导体焊料组合物，基于组合物重量，其基本上由0.4wt％Ag、0.6wt％Cu、0.01～1.0wt％的P、余量Sn以及不可避免的杂质组成，且焊料的熔化温度为217～227摄氏度)本专利技术的无Pb焊料中至少包括一种基本含P的非金属元素组成，其含量不超过1wt％。本专利技术Sn/(0.3-0.4)Ag/(0.6-0.7)Cu/(不超过1.0)P的无铅焊料，其金属之焊接性、导电性、力学性能及柔韧性等比较传统无铅焊料Sn/3.0Ag/0.5Cu相若，但由于本专利技术的含银量比其它无铅焊料Sn/3.0Ag/0.5Cu少约10陪(银是较容易与酸或碱等化学物质发生化学反应，而产生有害物)，所以本专利技术是较为安全的，对生物及环境并无潜在的有害影向。另外本专利技术Sn/(0.3-0.4)Ag/(0.6-0.7)Cu/(不超过1.0)P，银量比以前的传统无铅焊料SnAgCu较少，与助焊剂的卤素成份发生化学作用而产生的银化合物，本专利技术幷不容易形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无Ｐｂ电导体焊料组合物，基于组合物重量，其基本上由约０．３～０．４ｗｔ％Ａｇ、０．６～０．７ｗｔ％Ｃｕ、不超过１．０ｗｔ％的Ｐ，余量Ｓｎ以及不可避免的杂质组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁伟贤，
申请(专利权)人：青木科研有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]