焊接合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焊接合金和制造一種焊接合金的方法。該方法包括：在步驟（102）中，錫-銀-銅（SAC）合金被切割成薄片，使用乙醇清潔并干燥；將在步驟（102）中得到切割薄片，放在一個(gè)氧化鋁坩堝中在350℃高溫氬氣環(huán)境中進(jìn)行熔化；在步驟（106）中，使用中度活性樹脂（RMA）助焊劑包裹鉑（Pt）粒子，并將RMA包裹的鉑粒子加入到步驟（104）中熔化的SAC薄片里，從而獲得一種混合物；在步驟（108中，對(duì)混合物進(jìn)行攪拌，使鉑粒子在SAC合金中均勻懸??；以及，在步驟（110）中，將均勻的懸濁混合物在350℃下保存30分鐘。本發(fā)明提供的焊接合金和方法，在焊接過程中不會(huì)形成厚的IMC層，而是形成均勻厚度相對(duì)平坦的焊接層，從而保證焊接點(diǎn)的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【專利說明】焊接合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接合金，具體涉及不含鉛成分的焊接合金。
【背景技術(shù)】
[0002]錫-銀-銅合金或稱SAC合金是最常用的不含鉛焊接合金。由于鉛對(duì)環(huán)境的破壞作用，它被禁止在焊接合金中使用，SAC合金受到全世界范圍內(nèi)的關(guān)注。由于SAC合金熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好以及可濕潤性，它快速替代了鉛基合金。此外，SAC合金在電子工業(yè)中，更多應(yīng)用在印制電路板上LED集成的表面焊接技術(shù)中。
[0003]然而，盡管使用SAC合金焊接有諸多的優(yōu)勢(shì)和益處，它的應(yīng)用領(lǐng)域也遍及各個(gè)方面，但SAC焊接合金通常也存在一些問題，使之在使用過程中非常依賴于專門接受培訓(xùn)的人力。使用SAC焊接合金的顯著劣勢(shì)是會(huì)形成較厚的金屬間化合物層(IMC層)，由于不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)而造成的散熱問題，以及為防止高I/O (輸入/輸出)點(diǎn)所需的低功率完整性。
[0004]厚MC層的形成是最顯著的劣勢(shì)，其會(huì)導(dǎo)致在整個(gè)層上應(yīng)力分布不均，從而降低了在結(jié)構(gòu)使用過程中或誤操作過程中的可靠性。另外，由于MC層硬而脆的特性，厚的MC層也會(huì)降低焊接點(diǎn)的可靠性。這會(huì)影響焊接點(diǎn)及表面貼裝(SMTs)的回流焊接、老化特性、應(yīng)力及剪切。
[0005]因此，需要發(fā)展一種焊接合金，其可以解決在焊接中使用SAC合金帶來的問題。需要發(fā)展一種合金，其使用在焊接工藝中時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致形成厚的IMC層，而是形成均勻厚度相對(duì)平坦的焊接層，從而保證焊接點(diǎn)的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，在此提出的實(shí)施方案能提供一種焊接合金以及一種獲得這種合金的工藝過程。
[0007]—方面，在此提供一種焊接合金包括銀、合金和銅，其中含有包裹著中度活性樹脂(RMA)助焊劑的鉬粒子。該焊接合金鉬粒子含量按質(zhì)量百分比計(jì)為0.10%-0.50%。
[0008]另一方面，在此提供了一種制造焊接合金的方法。該方法包括:在步驟(102)中，將錫-銀-銅(SAC)合金切割成薄片，用乙醇清洗并干燥；在步驟(104)中，步驟(102)中獲得的切割薄片在一個(gè)氧化鋁坩堝中在350°C高溫氬氣環(huán)境中進(jìn)行熔化；在步驟(106)中，采用中度活性樹脂(RMA)助焊劑包裹鉬(Pt)粒子，并將RMA包裹的鉬粒子加入到步驟(104)中熔化的SAC薄片里；得到一種混合物；在步驟(108)中，將混合物進(jìn)行攪拌，使鉬粒子在SAC合金中均勻懸?。灰约?，在步驟(I 10)中，將均勻懸濁混合物置于350°C下保存30分鐘。
[0009]采用樹脂或活性樹脂包裹鉬粒子。鉬粒子含量的按質(zhì)量百分比計(jì)為0.10%到
0.50%O
[0010]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)即是發(fā)展了一種不含鉛的焊接合金，在焊接過程中不會(huì)導(dǎo)致形成厚的MC層，而是形成均勻厚度相對(duì)平坦的焊接層，從而保證焊接點(diǎn)的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]本發(fā)明的其它目標(biāo)、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，將結(jié)合相關(guān)附圖，在下文描述中加以說明。在附圖中，所有視圖里相似的參考標(biāo)號(hào)表示相似對(duì)應(yīng)的部件:
圖1圖示說明了根據(jù)此處的一個(gè)實(shí)施方案，制造一個(gè)SAC-Pt焊接合金的過程；
圖2所示表格說明了 SAC及SAC-Pt焊接合金在不同回流數(shù)量下的IMC層厚度；
圖3所示曲線圖，說明了不同焊接合金上MC層厚度隨著時(shí)間的變化情況；
圖4所示曲線圖，說明了不同焊接合金塊狀焊料的硬度；
圖5所示表格，說明了不同焊接合金的焊料在剪切實(shí)驗(yàn)中的失效模式；
以及，圖6所示為不同焊接合金IMC層的形態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]接下來將結(jié)合相關(guān)附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0013]上文中已經(jīng)指出，需要發(fā)展一種不含鉛的焊接合金，在焊接過程中不會(huì)導(dǎo)致形成厚的MC層，而是形成均勻厚度相對(duì)平坦的焊接層，從而保證焊接點(diǎn)的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0014]圖1圖示說明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造一個(gè)SAC-Pt焊接合金的過程。在步驟(102)中，錫-銀-銅(SAC)合金被切割成薄片，使用乙醇清潔并干燥。在步驟(104)中，SAC合金的切割薄片在一個(gè)氧化鋁坩堝中在350°C高溫氬氣環(huán)境中進(jìn)行熔化。在一個(gè)實(shí)施方案中，可使用任何其它手段來熔化SAC合金。在步驟(106)中，當(dāng)溫度達(dá)到350°C時(shí)，采用中度活性樹脂(RMA)助焊劑包裹鉬(Pt)粒子，并以不同重量百分比，加入到步驟(104)中熔化的SAC薄片里。在步驟(108)中，混合物進(jìn)行機(jī)械攪拌，使鉬粒子在SAC合金中均勻懸浮。在步驟(110)中，將混合物置于350°C下保存30分鐘，之后倒入一個(gè)鋼質(zhì)模子中。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟(106 )里加入到熔化SAC中的Pt粒子的質(zhì)量百分比(wt)為0.10-0.30%。在一個(gè)實(shí)施例中，使用樹脂或活性樹脂助焊劑類。由于鉬出色的抗腐蝕及耐高溫能力，因此選擇這種元素添加到SAC合金中。另外，鉬可提高電性能，從而使印制電路板(PCB)的能量效率提高。此外，鉬有較好的延展性且對(duì)環(huán)境無害。
[0016]圖2所示表格說明了 SAC及SAC-Pt焊接合金在不同回流數(shù)量下的IMC層厚度?？梢钥吹?，隨著回流數(shù)量從I增加到4，SAC焊接合金的IMC層厚度增加超過I倍，而隨著回流數(shù)量從I上升到4，SAC-Pt焊接合金的MC層沒有劇烈增加。此外，在所有回流數(shù)情況下，SAC-Pt焊接合金的MC層厚度比SAC焊接合金的MC層厚度小許多?？梢钥吹剑琒AC-Pt合金抑制了厚MC層的形成。
[0017]圖3所示曲線圖，說明了不同焊接合金上MC層厚度隨著時(shí)間的變化情況?？梢钥吹?，SAC焊接合金的MC層厚度在30天時(shí)效后有明顯的增加，而含有質(zhì)量百分比為0.30%鉬的SAC-Pt合金時(shí)效后在厚度上的變化最小。在結(jié)構(gòu)誤操作的情況下，這能提升結(jié)構(gòu)的可靠性。
[0018]圖4所示曲線圖，說明了不同焊接合金塊狀焊料的硬度。可以看到，SAC焊接合金的塊狀焊料在時(shí)效處理后硬度較大，這會(huì)使它更脆，從而降低裝置的可靠性，而含有質(zhì)量百分比為0.30%鉬的SAC-Pt合金在時(shí)效處理后硬度最小。
[0019]圖5所示表格，說明了不同焊接合金的焊料在剪切實(shí)驗(yàn)中的失效模式。可以看至|J，對(duì)于SAC焊接合金，呈現(xiàn)的焊接失效模式為21%，而對(duì)于含有質(zhì)量百分比為0.40%鉬的SAC-Pt焊接合金，呈現(xiàn)的焊接失效模式為71%。這表明使用SAC-Pt焊接合金能為焊接接頭提供更好的電性能。鉬含量為0.40%Pt強(qiáng)化SAC焊料的電阻下降了超過60%。此外，在印制電路板(PCB)上通過焊料的能量耗散降低了 60%，同時(shí)降低了 PCB里的熱量產(chǎn)生。這大大增加了在某些便攜式電子裝置上的能量儲(chǔ)存持久性。
[0020]圖6所示為不同焊接合金IMC層的形態(tài)。SAC焊接層從一開始就厚度不均，在時(shí)效過程后也同樣如此，而如圖中所示，含有質(zhì)量百分比為0.30%鉬粒子的SAC-Pt焊接層在整個(gè)時(shí)效過程中都最為均勻平坦。
[0021]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上文作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接合金，其特征在于，所述焊接合金包含銀、合金和銅，還含有包裹著中度活性樹脂助焊劑的鉬粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接合金，其特征在于，所述焊接合金包含的所述鉬粒子，其質(zhì)量百分含量范圍為0.10%-0.50%。
3.—種制造一種焊接合金的方法，其特征在于，所述的方法包含: 步驟102，將錫-銀-銅即SAC合金切割成薄片； 步驟104，將切割的薄片進(jìn)行熔化； 步驟106，采用中度活性樹脂即RMA助焊劑包裹鉬粒子，將RMA包裹的鉬粒子加入到步驟104中熔化的SAC薄片里，獲得一種混合物； 步驟108，對(duì)所述混合物進(jìn)行攪拌，使鉬粒子在SAC合金中均勻懸?。? 以及，步驟110，將混合物置于350°C下保存30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造一種焊接合金的方法，其特征在于，所述的方法采用樹脂或活性樹脂包裹所述鉬粒子。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造一種焊接合金的方法，其特征在于，所述鉬粒子的質(zhì)量百分含量為0.10%到0.50%O
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造一種焊接合金的方法，其特征在于，所述的方法在步驟102中，使用乙醇清潔SAC合金的切割薄片，并將之干燥。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造一種焊接合金的方法，其特征在于，所述切割的薄片在步驟104中，放在一個(gè)氧化鋁坩堝中，在350°C高溫氬氣環(huán)境中進(jìn)行熔化。
【文檔編號(hào)】B23K35/40GK103921010SQ201310583871
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】黃嘉雯, 林湧勝, 田育凱, 梁明川 申請(qǐng)人:拉曼大學(xué)