本發(fā)明涉及一種無鉛焊料，具體涉及一種用于錫鉍合金的無鉛焊料及其制備方法，屬于無鉛化制成新材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鉛是一種有害的金屬元素，早在2003年歐盟ROHS(Restriction of Hazardous Substances，是指關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令)指令規(guī)定進(jìn)入歐洲的電子信息產(chǎn)品不能含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚，之前電子產(chǎn)品組裝焊接以及電子元器件制作中多采用錫鉛合金焊料。雖然我國的無鉛焊料領(lǐng)域起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比尚有差距，但是為了提高自身產(chǎn)品的適應(yīng)能力，跟上國際市場的需求，在分析目前國內(nèi)外市場常用的無鉛焊料基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究推出了一種用于制作壓敏電阻器的多元無鉛焊料，其電性能、力學(xué)性能，與壓敏電阻器半導(dǎo)體基材的潤濕鋪展性能和焊接強(qiáng)度等達(dá)到了與使用錫鉛焊料相似的效果，保證了出口到歐盟的電子產(chǎn)品整體實(shí)現(xiàn)無鉛化的要求。

錫鉛焊料歷史悠久，但隨著對鉛毒性的認(rèn)知和電子工業(yè)發(fā)展對焊點(diǎn)的高要求，無鉛焊料已逐漸取代了傳統(tǒng)錫鉛焊料。低溫焊料具有20多年的應(yīng)用歷史，其主要特點(diǎn)是能夠在183℃以下進(jìn)行焊接，因此對元件的適應(yīng)性強(qiáng)，節(jié)約能耗、降低污染排放。目前的低溫焊料主要有Sn-Bi系和Sn-In系兩種，由于In是一種稀缺昂貴金屬，使得Sn-In焊料應(yīng)用受限，因此二元合金Sn-Bi(尤其SnBi58)常被使用在低溫焊接需求的場合。Sn-Bi系焊料在較寬的溫度范圍內(nèi)與Sn-Pb有相同的彈性模量，并且Bi的很多物理化學(xué)特性與Pb相似，Bi的使用可以降低熔點(diǎn)、減少表面張力，Bi的加入降低了Sn與Ag的反應(yīng)速度，所以有較好的潤濕性；此外Sn-Bi系焊料含有較低的Sn含量，從而降低了高錫風(fēng)險(xiǎn)(如錫須)。但鉍也帶來其他的問題，包括其成分對合金機(jī)械特性的影響變化較大，容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)問題(偏錫后會形成低熔點(diǎn)共晶)，界面層不穩(wěn)定導(dǎo)致可靠性較差，特別是Sn-Bi焊料在偏離共晶成分時(shí)由于熔程較大，在凝固過程中易出現(xiàn)枝晶偏析和組織粗大化，加之應(yīng)力不平衡導(dǎo)致易剝離危害，以及自然供應(yīng)不多、儲量有限等，這使得Sn-Bi系焊料的研究和使用一直低靡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種錫鉍合金的無鉛焊料及其制備方法，解決現(xiàn)有的Sn-Bi焊料由于界面層不穩(wěn)定導(dǎo)致可靠性差及易剝離的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種錫鉍合金的無鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi16～18％、Ag0.3～0.8％、Fe0.1～0.3％、Zn0.1～0.3％、Sb0.1～0.3％、余量為Sn。

其中，優(yōu)選地，一種錫鉍合金的無鉛焊料，按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17～18％、Ag0.4～0.6％、Fe0.1～0.3％、Zn0.1～0.3％、Sb0.1～0.3％、余量為Sn。

一種錫鉍合金的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Ag，置于真空熔煉爐中，制備SnBiAg中間合金；

(2)將已制備的SnBiAg中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiAg中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至250～400℃，保溫15～25min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

本發(fā)明在Sn-Bi合金中參入約0.5％的Ag可明顯改善其拉伸性能，主要是因?yàn)樵诤噶蟽?nèi)部形成了Ag-Sn金屬間化合物(Ag3Sn)。提高了焊點(diǎn)的結(jié)合性能和使用可靠性，并且發(fā)現(xiàn)由于Sn-Bi-Ag焊料中減少了電阻率高的Bi元素含量，大幅提高了焊料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以有效緩解焊點(diǎn)在使用過程中發(fā)熱疲勞失效問題。

在Sn-Bi共晶合金中加入Fe粒子彌散相，細(xì)化和穩(wěn)定了微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了合金的抗蠕變性能。

本發(fā)明制備的錫鉍合金焊料的熔點(diǎn)與SnPb37相當(dāng)?shù)臒o鉛焊料，能夠用于電子產(chǎn)品制造的各個(gè)工藝中，能完全取休SnPb焊料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的無鉛焊料熔點(diǎn)為178～192℃，滿足了微電子行業(yè)各元器件對焊接溫度的要求。并且，與微電子行業(yè)各種不同性能的半導(dǎo)體材料潤濕鋪展性好，結(jié)合力強(qiáng)，延展性好，0.2％屈伸強(qiáng)度達(dá)到30MPa以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)到35MPa以上，延伸率70％以上，焊接面無麻點(diǎn)無氣泡，平整光亮，高溫焊接不變色，抗蝕性優(yōu)良。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種錫鉍合金的無鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17％、Ag0.5％、Fe0.2％、Zn0.2％、Sb0.2％、余量為Sn。

上述錫鉍合金的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Ag，置于真空熔煉爐中，制備SnBiAg中間合金；

(2)將已制備的SnBiAg中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiAg中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至350℃，保溫35min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲狀產(chǎn)品。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種錫鉍合金的無鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi16％、Ag0.8％、Fe0.1％、Zn0.3％、Sb0.1％、余量為Sn。

上述錫鉍合金的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Ag，置于真空熔煉爐中，制備SnBiAg中間合金；

(2)將已制備的SnBiAg中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiAg中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至250℃，保溫45min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成條狀產(chǎn)品。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種錫鉍合金的無鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi18％、Ag0.3％、Fe0.3％、Zn0.1％、Sb0.3％、余量為Sn。

上述錫鉍合金的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Ag，置于真空熔煉爐中，制備SnBiAg中間合金；

(2)將已制備的SnBiAg中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiAg中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至400℃，保溫25min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成片狀產(chǎn)品。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種錫鉍合金的無鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17％、Ag0.4％、Fe0.1％、Zn0.1％、Sb0.3％、余量為Sn。

上述錫鉍合金的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Ag，置于真空熔煉爐中，制備SnBiAg中間合金；

(2)將已制備的SnBiAg中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiAg中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至300℃，保溫40min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種錫鉍合金的無鉛焊料按重量百分比計(jì)由以下組分組成：Bi17％、Ag0.6％、Fe0.3％、Zn0.1％、Sb0.3％、余量為Sn。

上述錫鉍合金的無鉛焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按配比稱取Sn、Bi和Ag，置于真空熔煉爐中，制備SnBiAg中間合金；

(2)將已制備的SnBiAg中間合金、Fe、Zn和Sb加入真空熔煉爐中，在SnBiAg中間合金的表面覆蓋防氧化溶劑，將合金加熱至350℃，保溫40min，除掉表面氧化渣，澆注于模具中制成合金錠坯，并根據(jù)工藝要求進(jìn)一步加工成絲、條、片狀產(chǎn)品。

上述實(shí)施例制得的無鉛焊料的理化性能如下：

由上表可知，本發(fā)明的無鉛焊料熔點(diǎn)為156～165℃，滿足了微電子行業(yè)各元器件對焊接溫度的要求。并且，與微電子行業(yè)各種不同性能的半導(dǎo)體材料潤濕鋪展性好，結(jié)合力強(qiáng)，延展性好。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。