一种高可靠性无铅焊料合金的制作方法

1.本申请涉及一种高可靠性无铅焊料合金，主要适用于焊接强度要求高、环境温度适应性要求高的电子元件焊接场合。


背景技术：

2.随着汽车电子的高速发展以及5g应用的迫切需求，电子工业界发现，汽车电子产品在服役期间易受到连续振动甚至冲击的影响，以及要求工作温度在-40℃到 150℃范围内持续稳定和5g产品的休眠节能，需要电子组装互连中接头可耐持久性。然而，采用较为广泛的sn3ag0.5cu焊料合金在服役过程中，钎焊接头处存在因焊缝区及界面区存在粗大的金属间化合物或因各连接材料的热膨胀系数不同而形成裂纹导致断裂，进而失效。
3.专利公开文件cn110430968a，提出在snagcu基础上添加bi、sb、co、ni元素优化接头中合金的组织，来提高接头的耐振动性，但仍存在回流峰值温度偏高等不足。


技术实现要素：

4.本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种润湿性好、熔点适中、焊点质量好耐持久的高可靠性无铅焊料合金。
5.本申请解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高可靠性无铅焊料合金，其特征是所述的高可靠性无铅焊料合金各组分质量百分比为：ag:.1.5％～4％、cu：0.4％～1％、ni：0.1％～0.6％、bi：2％～4％、sb：1％～4％、p：0.01％～0.3％、in：0％～0.3％、微量元素re:0.001％～0.1％、sn：余量；所述微量元素re为ce、ga、la中的一种或多种组成。
6.优选地，高可靠性无铅焊料合金各组分质量百分比为：ag:.2.5％～3.8％、cu：0.5％～0.8％、ni：0.15％～0.3％、bi：2.5％～4％、sb：2％～3％、p：0.01％～0.3％、in：0％～0.3％、微量元素re:0.001％～0.1％、sn：余量。
7.本申请所述高可靠性无铅焊料合金的熔化温度在214℃～231℃之间。
8.本申请高可靠性无铅焊料合金在主体为锡合金中添加了多种元素，其中ag元素的加入可与sn形成颗粒状ag3sn相强化合金，且改善焊料的润湿性；cu元素的加入在形成cusn金属间化合物相提高合金的机械性能，同时减少了从cu基材中扩散cu元素，ni的作用基本和cu作用一致；元素bi可极大地降低合金的固液相线温度，但由于bi及其合金较脆，需要严格控制，故添加适当降熔元素in和p，p还可与sn形成化合物弥散析出，细化组织从而改善力学性能；微量元素的添加则是进一步细化合金组织进而稳定焊点在服役过程中微观结构的演变和减缓金属间化合物生长。
9.本申请高可靠性无铅焊料合金的制备方法：按比例各中间合金与sn锭、in锭混合放入熔炼炉中进行熔炼。需要注意添加物料的顺序，将包有锡箔的低熔点、易烧损以及微量元素re或合金最后加入，保证最终的合金成分。
10.本申请的高可靠性无铅焊料合金可用于焊料锭、焊丝、预成型片、焊球、焊粉、焊膏等。
11.本申请的高可靠性无铅焊料合金具有如下有益效果：
12.1)本申请高可靠性无铅焊料合金无毒、无污染，是绿色型锡基钎料；
13.2)本申请高可靠性无铅焊料合金熔点合适，可减少钎焊过程因温度过高产生的变形；
14.3)本申请高可靠性无铅焊料合金熔点具备良好的冷热加工性能、可靠性高，适用于电子封装领域中耐持久性应用场景。
具体实施方式
15.下面通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。微量元素用re表示。
16.将合金元素的组分和质量百分比含量按与实施例中进行配料，按比例将中间合金与sn锭、in锭(若含有in)混合放入熔锡炉中进行熔炼，熔炼温度为450℃-500℃，时间20min-30min，最后将包有锡箔的sn-p与sn-re中间合金用不锈钢钟罩加入到熔液中，再充分搅拌至均匀，熔融合金浇铸成锡基母合金，再加工成焊丝、预成型片、焊球、焊粉、焊膏等。
17.各实施例中剧本的成分及性能相关数据如表中所示，表中元素含量数值为质量百分比，实施例1-9相关数据具体如下。
[0018][0019][0020]
注：其中微量元素re在各实施例中的组合情况为：实施例1、4为ce，实施例2、7为ga，实施例4、8为la，实施例3、5采用ce和ga且ce：ga为7：3，实施例6、9采用ga和l且ga：la为3：2。
[0021]
本实施例中配方设计合理，且申请的无铅焊料无毒、无污染、具有良好的加工性能、熔化温度范围适合，机械性能良好，可适用于电子封装领域中耐持久性焊点中。


技术特征：
1.一种高可靠性无铅焊料合金，其特征是所述的高可靠性无铅焊料合金各组分质量百分比为：ag:.1.5%～4%、cu：0.4%～1%、ni：0.1%～0.6%、bi：2%～4%、sb：1%～4%、p：0.01%～0.3%、in：0%～0.3%、微量元素re:0.001%～0.1%、sn：余量；所述微量元素re为ce、ga、la中的一种或多种组成。2.根据权利要求1所述高可靠性无铅焊料合金，其特征是：高可靠性无铅焊料合金各组分质量百分比为：ag:.2.5%～3.8%、cu：0.5%～0.8%、ni：0.15%～0.3%、bi：2.5%～4%、sb：2%～3%、p：0.01%～0.3%、in：0%～0.3%、微量元素re:0.001%～0.1%、sn：余量。3.根据权利要求1所述高可靠性无铅焊料合金，其特征是：所述高可靠性无铅焊料合金的熔化温度在214℃～231℃之间。

技术总结
本申请涉及一种高可靠性无铅焊料合金，其特征是所述的高可靠性无铅焊料合金各组分质量百分比为：Ag:1.5%～4%、Cu：0.4%～1%、Ni：0.1%～0.6%、Bi：2%～4%、Sb：1%～4%、P：0.01%～0.3%、In：0%～0.3%、微量元素Re:0.001%～0.1%、Sn：余量；所述微量元素Re为Ce、Ga、La中的一种或多种组成。本申请无毒、无污染、熔点合适、加工性能良好、可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：唐卫岗 罗良良 陈融 黄世盛 黄魏青 王萍
受保护的技术使用者：杭州华光焊接新材料股份有限公司
技术研发日：2022.05.31
技术公布日：2022/8/12