专利名称：低银无铅钎料的制作方法
技术领域：
一种低银无铅钎料，属于微电子行业表面组装技术领域。
背景技术：
欧盟《废旧电子电器产品指令》(Directive on Waste Electrical and Electronic Equipment)和《关于电子电器产品限制使用某些有害物质的指令》(Directive on Restrictive of Use ofCertain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)的两个指令正式开始生效，即自2006年7月1日起在欧洲市场上销售的电力电子产品必须为无铅产品。随着实施日期的迫近，无铅钎料在微电子行业表面组装技术领域中的应用已经是不可回避。
在无铅钎料的相关专利中，涉及SnAgCu合金系列的专利有多项，其中多数包含多元合金，如US 6325279(申请日2000年5月10日，
公开日2001年12月4日)为SnAgCuBiIn，由于In的存在，使钎料成本大幅度提高；US 5817194(申请日1997年1月6日，1998年10月6日)为SnAgCuNiP。这些专利中合金元素种类多，冶炼过程中合金元素加入困难。
目前普遍公认的SnAgCu系列无铅钎料，有美国专利US 5527628(申请日1995年2月24日，
公开日1996年6月18日)，其中Ag含量为重量比3.5～7.7％；日本专利JP 05-050286(申请日1996年3月)，其中Ag含量为重量比3-5％，这两个专利中Ag的含量高，成本高；美国专利US 5405577(申请日1994年4月11日，
公开日1995年4月11日)，含Sb。包括目前美国推荐的Sn-3.9Ag-0.6Cu，欧盟推荐的Sn-3.8Ag-0.7Cu以及日本推荐的Sn-3.0Ag-0.5Cu，Ag的重量比含量都不小于3.0％，由此带来的问题是1)成本上升，目前Ag的价格已超出1600元/千克，而且在未来大量使用SnAgCu系列无铅钎料时，由于Ag的大量消耗，Ag的价格将进一步上升；2)钎料合金中Ag的增多，将导致Ag3Sn金属间化合物增多，由于Ag3Sn金属间化合物在钎料组织中呈长条状，严重影响钎料及接头的力学性能，降低接头的可靠性；3)Ag有助于电迁移现象的发生，引起桥接短路。降低Ag的含量，可以降低钎料成本，减少组织中长条状的Ag3Sn金属间化合物，减弱电迁移现象的发生，从而提高接头的可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种合金组元较少，含Ag量较低，成本低，同时合金熔化温度区间小，抗拉强度和延伸率高，铺展面积大的低银无铅钎料。
本发明所提供的低银无铅钎料，其特征在于含有重量百分比为2.0～2.9％的Ag，1.2～2.2％的Cu，0.025～1％的市售La/Ce混合稀土，其余为Sn。
本发明所提供的低银无铅钎料，其特征在于含有重量百分比为2.4～2.9％Ag，1.2～1.7％的Cu，0.05～0.5％的市售La/Ce混合稀土，其余为Sn。该技术方案为优选方案。
由于电子行业用无铅钎料具有相近的熔化温度(180～220℃)，同时为了防止冶炼过程中合金元素(特别是稀土元素)的烧损，本发明中无铅钎料的制备采用现有技术全过程熔盐保护法。具体钎料制备方法参见中国专利《含稀土抗腐蚀的锡锌无铅钎料及其制备方法》(申请号01131275.0(申请日2001年9月5日)，公开号CN1337293A(
公开日2002年2月27日)，申请人北京工业大学))，本发明是同一申请人北京工业大学本发明所提供的低银无铅钎料的制备采用的过程熔盐保护法，包括以下步骤1.将氯化锂和氯化钾(重量百分比1∶1.3)的混合盐在500～600℃下熔化后浇在纯锡上；2.待锡完全熔化后，将Ag和Cu加入到锡液中，同时不断搅拌，形成合金，将市售La/Ce混合稀土迅速压入上述的熔融合金当中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化为止；3.在400～500℃保温1～2小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置冷却，待合金凝固后去除表面的混合盐；4.在400℃将合金重新加热熔化，然后在铸模上浇成条状待用。
该钎料可用于微电子组装的手工焊、波峰焊和再流焊工艺，钎料中Ag重量比低于3.0％，成本较低，同时钎料的熔化温度区间在213～220℃，有较好的力学性能，完全能够满足现有的微电子表面组装要求；同时铺展面积大，工艺性能良好；特别是银含量降低以后，组织中的长条状Ag3Sn金属间化合物明显减少。
下面通过若干实例的试验数据以图表的形式说明本发明低银无铅钎料的性能，并与在相同条件下获得的传统的SnAgCu钎料进行比较。
图1传统的Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的显微组织；图2本发明实施例4的显微组织。
具体实施例方式实施例1称取130克氯化钾、100克氯化锂放入氧化铝坩埚中，混合均匀，放入炉中加热到600℃，熔化后浇在重量比95.875％的纯锡上使锡完全熔化；在450℃下，将重量比2.6％的Ag和重量比1.5％的Cu加入到熔融的锡液中，同时不断搅拌，使Ag、Cu熔化；将重量比为0.025％的市售混合La/Ce稀土迅速压入上述的熔融合金中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化；在450℃保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置10分钟后出炉冷却，待合金凝固后去除表面的混合盐。将合金重新放入400℃炉中加热熔化，然后在铸模上浇成条状待用。
实施例2称取130克氯化钾、100克氯化锂放入氧化铝坩埚中，混合均匀，放入炉中加热到600℃，熔化后浇在重量比95.55％的纯锡上使锡完全熔化；在450℃下，将重量比2.0％的Ag和重量比2.2％的Cu加入到熔融的锡液中，同时不断搅拌，使Ag、Cu熔化；将重量比为0.25％的市售混合La/Ce稀土迅速压入上述的熔融合金中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化；在450℃保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置10分钟后出炉冷却，待合金凝固后去除表面的混合盐。将合金重新放入400℃炉中加热熔化，然后在铸模上浇成条状待用。
实施例3称取130克氯化钾、100克氯化锂放入氧化铝坩埚中，混合均匀，放入炉中加热到600℃，熔化后浇在重量比95.9％的纯锡上使锡完全熔化；在450℃下，将重量比2.4％的Ag和重量比1.2％的Cu加入到熔融的锡液中，同时不断搅拌，使Ag、Cu熔化；将重量比为0.5％的市售混合La/Ce稀土迅速压入上述的熔融合金中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化；在450℃保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置10分钟后出炉冷却，待合金凝固后去除表面的混合盐。将合金重新放入400℃炉中加热熔化，然后在铸模上浇成条状待用。
实施例4称取130克氯化钾、100克氯化锂放入氧化铝坩埚中，混合均匀，放入炉中加热到600℃，熔化后浇在重量比95.35％的纯锡上使锡完全熔化；在450℃下，将重量比2.9％的Ag和重量比1.7％的Cu加入到熔融的锡液中，同时不断搅拌，使Ag、Cu熔化；将重量比为0.05％的市售混合La/Ce稀土迅速压入上述的熔融合金中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化；在450℃保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置10分钟后出炉冷却，待合金凝固后去除表面的混合盐。将合金重新放入400℃炉中加热熔化，然后在铸模上浇成条状待用。
实施例5称取130克氯化钾、100克氯化锂放入氧化铝坩埚中，混合均匀，放入炉中加热到600℃，熔化后浇在重量比93.9％的纯锡上使锡完全熔化；在450℃下，将重量比2.9％的Ag和重量比2.2％的Cu加入到熔融的锡液中，同时不断搅拌，使Ag、Cu熔化；将重量比为1.0％的市售混合La/Ce稀土迅速压入上述的熔融合金中，并不断搅拌，直至稀土完全熔化；在450℃保温1小时，不断搅拌，使合金均匀化。静置10分钟后出炉冷却，待合金凝固后去除表面的混合盐。将合金重新放入400℃炉中加热熔化，然后在铸模上浇成条状待用。
表1是本发明与传统SnAgCu钎料成分表，表中均为重量百分比。同时还给出了钎料的液相线温度和固相线温度。钎料的液相线温度和固相线温度是通过冷却曲线的方法测得的。从表1中可以看出，本发明实施例1～5具有与SnAgCu无铅钎料相近的熔化温度范围，适合目前的无铅钎料工艺条件。
表2是本发明实例1～5与传统SnAgCu无铅钎料抗拉强度、延伸率及铺展面积的比较。从表中可以看出，本发明实例1～5的抗拉强度和延伸率及铺展面积都较大，适用于微电子行业表面组装。
表1图1是传统的Sn-3.8Ag-0.7Cu钎料的显微组织，在Sn-3.8Ag-0.7Cu组织中较为普遍的是β-(Sn)+Ag3Sn二元共晶组织。然而，过多的这种长条状共晶组织对合金的力学性能会造成不利的影响。图2是本发明实施例4的显微组织。可以看出，其组织与Sn-3.8Ag-0.7Cu类似。但本发明实施例4中银含量少，长条状Ag3Sn少。
表2
权利要求
1.一种低银无铅钎料，其特征在于含有重量百分比为2.0～2.9％的Ag，1.2～2.2％的Cu，0.025～1％的市售La/Ce混合稀土，其余为Sn。
2.根据权利要求1所述的低银无铅钎料，其特征在于含有重量百分比为2.4～2.9％Ag，1.2～1.7％的Cu，0.05～0.5％的市售La/Ce混合稀土，其余为Sn。
全文摘要
一种低银无铅钎料属于微电子行业表面组装技术领域。其特征是含有重量百分比为2.0～2.9％的Ag，1.2～2.2％的Cu，0.025～1％的市售La/Ce混合稀土，其余为Sn。本发明提供了一种合金组元较少，含Ag量较低，成本低，同时合金熔化温度区间小，抗拉强度和延伸率高，铺展面积大的低银无铅钎料。该钎料可用于微电子组装的手工焊、波峰焊和再流焊工艺，钎料中Ag重量比低于3.0％，成本较低，同时钎料的熔化温度区间在213～220℃，有较好的力学性能，完全能够满足现有的微电子表面组装要求；同时铺展面积大，工艺性能良好；特别是银含量降低以后，组织中的长条状Ag
文档编号B23K35/26GK1544197SQ20031011538
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月21日 优先权日2003年11月21日
发明者雷永平, 夏志东, 史耀武, 李晓延, 刘建萍, 郭福, 马秀玲 申请人:北京工业大学