專利名稱：：一種低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及電子材料領域中的電子產(chǎn)品微連接使用的無鉛釬料。
背景技術：
：長期以來，電子產(chǎn)品的微連接主要使用含Pb的錫基釬料。近年來，世界掀起了電子產(chǎn)品無鉛化的浪潮，其中Sn-Cu系無鉛釬料因機械性能較好，成本相對較低，且對電子產(chǎn)品具有良好的兼容性而受到電子行業(yè)廣大用戶的青睞。目前，電子行業(yè)使用的Sn-Cu無鉛釬料主要是共晶或過共晶Sn-Cu合金，在高溫下進行釬焊時，存在著液態(tài)釬料的抗氧化性、潤濕性、漫流性較差，焊點易發(fā)生橋連、拉尖等缺陷。尤其是在浸焊、波峰焊過程中，除產(chǎn)生上述問題以外，由于釬料成分的波動，還會造成釬料熔點劇烈上升而使釬焊發(fā)生困難。為了改進Sn-Cu無鉛釬料的性能，國內(nèi)外進行了大量的研究，但多數(shù)都集中于對固態(tài)合金組織和力學性能的改進，而對液態(tài)釬料性能的研究較少。例如中國專利ZL200410022637.7報道了一種Sn-Cu無鉛電子釬料，雖然對其物理性能和機械性能有所改善，但其工藝性能即在熔融狀態(tài)下的抗氧化性、潤濕性、漫流性以及焊點成型性方面仍然較差，這不僅造成使用過程中釬料的嚴重浪費，更重要的是導致釬焊缺陷較多、焊縫/點質(zhì)量較差而嚴重影響電子產(chǎn)品的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是改善Sn-Cu無鉛釬料的工藝性能，提供一種在高溫熔融狀態(tài)下具有優(yōu)良抗氧化性、潤濕性、漫流性以及焊點成型性的低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料。本發(fā)明提出的一種低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料由以下質(zhì)量百分比的組分組成Cu0,01~0.69wt%,Ni0.001-0.1wt%,Sb0扁~0.3wt%,Bi和/或In0,001-0,2W%，P0-0.01wt%,GeO-0.03wt%,余下為Sn。該釬料進一步的特征在于，在所述釬料中所添加的Ni、Sb、Bi、In、P、Ge等微量元素的總量至多不超過0.5wt。/。。本發(fā)明不采用共晶或過共晶的Sn-Cu合金，而將Cu含量組分設計為低于共晶含量，其理由如下由Sn-Cu二元相圖可知，CiH).7wt。/。為共晶點，共晶溫度為227°C,共晶組織是由p-Sn(熔點232°C)和CueSnsOi相，熔點為415。C)組成的，Cu以金屬間化合物CusSn5形態(tài)分散在Sn基體中。因此，我們知道Cu〈0.7wt。/。為亞共晶，CuX).7wt。/o為過共晶合金。申請人通過深入研究發(fā)現(xiàn)，當Cu〉0.7wt。/。即組成為過共晶時，Sn-Cu合金中存在的過量的高熔點金屬間化合物CU6Sll5會顯著降低液態(tài)釬料的流動性，同時在液態(tài)釬料與母材界面會優(yōu)先析出的Cu6Sns化合物，將嚴重降低釬料的潤濕性，如欲保持液態(tài)釬料的潤濕性和對焊縫的滲透能力，則必須升高溫度。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品的釬焊連接過程中，由于進入焊縫/點的液態(tài)釬料的溫度不會繼續(xù)上升而只能下降，且在釬料的使用過程中，尤其是在浸焊、波峰焊過程中，Sn比Oi易氧化，故釬料中Cu組分總是增大的，這就會進一步增大高熔點金屬間化合物Cu6Sns的含量而使液態(tài)釬料性能變差。本發(fā)明將其中Cu組分限定在亞共晶含量范圍，其目的一是防止Cu〉0.7wt。/。時液態(tài)釬料固化溫度顯著上升；二是降低液態(tài)釬料中Cu6Sti5化合物的含量，提高液態(tài)釬料的流動性；三是避免在液態(tài)釬料與母材的界面優(yōu)先析出Cu6Sns化合物而導致潤濕下降，以及由此產(chǎn)生的晶粒粗化和焊點畸變。為了進一步改善在高溫下液態(tài)低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料的性能，本發(fā)明選擇了多種微量摻雜元素。其中添加微量元素Sb是為了彌補Cu含量的降低而使流動性得到改善。添加其他多種微量元素如Ni、P、In、Ge、Bi等，目的是進行液態(tài)釬料的表面改性。申請人進一步發(fā)現(xiàn)電子釬焊質(zhì)量的關鍵取決于表面或界面的物理化學反應，而微量元素摻雜是改善液態(tài)釬料表面或界面性質(zhì)的有效措施。添加微量Ni、P、Ge元素能顯著提高熔融Sn-Cu合金的抗氧化性能，其中Ni還能改變液態(tài)釬料表面化合物Cu6Sn5的形態(tài)，Ni溶入Cu6Sns化合物能延緩針狀結構相的形成，促使金屬間化合物變成球狀，因而能減小液態(tài)釬料中的化合物對釬料流動性的影響，使多余的液態(tài)釬料能充分流出焊點之間的間隙，從而防止焊點產(chǎn)生橋連。添加微量Bi、In能降低液態(tài)釬料的表面張力，改善釬料的潤濕性，提高液態(tài)釬料的漫流性和滲透焊縫的能力。但是，這幾種微量元素的量的變化也會影響釬料的性能，經(jīng)過申請人的反復研究，認為應該限定添加的Sb、Ni、Bi、In、P、Ge等微量元素總量至多不超過0.5wt°/。，其目的一方面是為了形成極薄的表面膜，降低表面膜的厚度，另一方面也是為了減少高熔點化合物的生成，使得液態(tài)釬料具有更好的抗氧化性、潤濕性和漫流性。因此，該釬料的優(yōu)點是在高溫熔融狀態(tài)下具有優(yōu)良的抗氧化性、潤濕性和漫流性，可顯著減少釬料的浪費，明顯改善焊點成型，減少釬焊連接缺陷，特別適用于電子產(chǎn)品的波峰焊、浸焊、手工焊以及再流焊。具體實施例方式本發(fā)明的低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料的制備是通過兩段熔煉，再經(jīng)鑄造，或進一步經(jīng)過壓力加工完成的。在第一段熔煉中主要進行氧化精煉和沸騰精煉，在第二段熔煉中主要進行脫氣和改性精煉，最后在真空或保護氣氛下進行鑄錠，或進一步將所得鑄錠經(jīng)壓力加工成型為棒、條、絲、板、帶、箔、片、球、粒等制品，或經(jīng)霧化成型為制備焊錫膏的金屬粉末。下面給出本發(fā)明的實施例，同時給出與兩種Sri"Cu無鉛釬料液態(tài)性能指標的比較。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>氧化產(chǎn)渣速率(mg/min.cm2)0.340.330.321.190.93潤濕時間to(S)0.810.820.821.101.083秒潤濕力F3(mN)0.870.860.860.750.76擴展率(％)7877.577.87474焊點目測檢驗焊點光亮、圓潤，無橋連、拉尖、龜裂現(xiàn)象焊點光亮、圓潤，無橋連、拉尖、龜裂現(xiàn)象焊點光亮、畫潤，無橋連、拉尖、龜裂現(xiàn)象焊點橋連、龜裂現(xiàn)象較嚴重焊點中心呈砂粒狀，有橋連、龜裂現(xiàn)象注氧化速度、潤濕性、擴展率試驗溫度均為27(TC;潤濕性、擴展率試驗均使用RA型釬劑；焊點外觀檢驗采用目測進行評價。權利要求1、一種低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料，其組分為Cu0.01～0.69wt％，Ni0.001～0.1wt％，Sb0.003～0.3wt％，Bi和/或In0.001～0.2wt％，P0～0.01wt％，Ge0～0.03wt％，余下為Sn。2、如權利要求l所述的一種低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料，其特征在于；所述添加的Ni、Sb、Bi、In、P、Ge微量元素的總量至多不超過0.5wt%。全文摘要本發(fā)明提供了一種低銅亞共晶Sn-Cu無鉛釬料，其組分為Cu0.01～0.69wt％，Ni0.001～0.1wt％，Sb0.003～0.3wt％，Bi和/或In0.001～0.2wt％，P0～0.01wt％，Ge0～0.03wt％，余下為Sn。在所述的釬料中添加Ni、Sb、Bi、In、P、Ge等微量元素總量至多不超過0.5wt％。該釬料的優(yōu)點是在高溫熔融狀態(tài)下具有優(yōu)良的抗氧化性、潤濕性和漫流性，可顯著減少釬料的浪費，明顯改善焊點成型，減少釬焊連接缺陷，特別適用于電子產(chǎn)品的波峰焊、浸焊、手工焊以及再流焊。文檔編號B23K35/26GK101288923SQ20081006939公開日2008年10月22日申請日期2008年2月27日優(yōu)先權日2008年2月27日發(fā)明者杜云飛,杜長華,方陳申請人:重慶機電職業(yè)技術學院