专利名称：：一种Bi基高温无铅软钎料及制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种电子封装与组装等钎焊焊料技术，特别是涉及一种Bi基高温无铅软钎料及制备方法。
背景技术：
：随着人们环境保护意识的增强和SnPb合金材料的负面影响日渐突出，在欧盟(EU)已通过了ROSH指令和电气电子设备废弃法令(WEEE)后，各国己相继立法限制铅在电子产品中的使用。中国也拟订了《电子信息产品生产污染防治管理办法》，规定电子信息产品制造者应当保证，自2003年7月1日起实行有毒有害物质的减量化生产措施；自2006年7月1日起投放市场的国家重点监管目录内的电子信息产品不能含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯(PBB)或者聚合溴化联苯乙醚(PBDE)等有害物质，因此无铅化已经成为电子产品发展的必然趋势。经过20多年的研究，无铅常温钎料已经趋于成熟并产业化。由于结构形式和使用要求等方面的差异，有些电子产品或某些器件不适合用常温钎料来钎接，例如，在半导体器件组装过程中，绝缘基片及芯片与引线的钎接及外壳封装钎焊等各种芯片的封装，厚膜电路的连接组装等，这些工序位于线路组装的前道工序，所用连接用钎料在下一道工序中不能熔化，因此需要在两次钎焊过程中分别使用较高熔点和较低熔点的软钎料。即在电子组装中，还存在分步钎焊的问题。先组装的部分要采用较高熔点的钎料，在随后再流焊过程中，先焊的连接不能熔化。目前高温钎料主要沿用传统的铅基钎料和金基钎料。铅基钎料合金是金、银、锑、锡等金属与铅形成的共晶合金，熔点在250-360°C，铅钎料能生成脆性的金属间化合物，一般比较软，可吸收由于芯片与基板之间的热膨胀不匹配而引起的应变.若钎焊接头经受多次热循环，就会在钎料的晶界处发生应变积累，以致产生微裂纹而导致热阻的增加，最终引起疲劳破坏。所以铅基钎料不能用在对连接强度要求高的地方。金基钎料的应用主要在光电子封装、高可靠性大功率电子器件气密性封装和芯片封装中。通常采用熔点在28(TC的Au-20Sn，熔点在370'C的Au-30Si，熔点350"C的Au-26Ge的共晶体系作钎料。但由于Au-Sn形成AuSn4金属间化合物，该化合物很脆，严重影响其服役的可靠性，同时钎料成本大大提高。目前，国内对高温软钎料的研究很少，随着电子产品无铅化进程的加速发展，研究和开发无铅高温软钎料专利产品势在必行，这对发展我国电子行业，提高我国电子产品竞争力具有十分重要的意义。中国专利CN101048521A提出由Ag212wt.%、Au4055wt.%，其余为Sn构成的高温钎料，该合金熔点合适，强度较高，但成本较高，不利于推广使用。欧洲专利EP1705258A2提出含Ag为2%18wt.%，Bi为9882wt.Q/。,并有0.15.0wt.。/o的微量元素Au、Cu、Pt、Sb、Zn、In、Sn、Ni和Ge的Bi-Ag画X合金来代替高Pb钎料，该合金熔点合适，固相线温度大于262.5°C，但该合金脆性大、加工性差、与基体结合强度弱、固液相区间较宽以及在Cu和Ni基体上润湿性差等一系列问题。中国专利CN155896A提出用含Ag为2%18^.%的Bi-Ag合金来代替高Pb钎料，该合金熔点合适，固相线温度大于262.5。C，但该合金脆性大、加工性差、与基体结合强度弱、固液相区间较宽以及在Cu和Ni基体上润湿性差等一系列问题。中国专利CN1221216A提出一种含Sb515。/。的Sn-Sb二元合金用来涂覆引线框架，以保证能承受随后较高温度的密封工艺。但当Sb含量较低(〈10%)时Sn-Sb二元合金的熔点相对较低，对于需要承受高温封装工艺焊点的可靠性不利，且该合金存在对Cu或Ni基体焊盘溶蚀快的问题。美国专利20040241039(至少5%Sn，0.57%Cu，0.0518%Sb)和中国专利CN1954958A(820%Sb，37%Cu，其余为5%Sn)分别提出用SnSbCu三元合金作为高温无铅软钎料，但该系列合金抗氧化能力较差，在高温焊接过程中会产生大量的锡渣，且该合金依然存在对Cu或Ni基体焊盘溶蚀快的问题。
发明内容本发明目的是在于提供一种熔点在25(TC45(TC之间、润湿铺展性好、强度高、耐腐蚀性好的Bi基高温无铅软钎料来替代相应高铅钎料，以适应不断发展的电子工业的各种技术、环境和人为要素的要求。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案该Bi基高温无铅软钎料，原料组份包括铋Bi:80-90wt%;锑Sb:2-8wt%;锡Sn:2-12wt%。所述Bi基高温无铅软钎料，配方组分中还可以含有混合稀土镧、钕中的至少一种，含量为0.05-1.5wt%。本发明Bi基高温无铅软钎料的制备方法，是将原料按成分比例配好，放入工业用非真空感应炉或非自耗真空感应炉中冶炼，制备过程中，每半个小时将合金翻转后再进行熔炼，熔炼完成后浇铸即可得到焊料合金。将合金翻转后再进行熔炼是为保证合金组织均匀性。该高温无铅软钎料的制备方法，感应炉中冶炼制备过程中优选的真空度为4xl(T3Pa、电流为450A500A、电压为16V20V。由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性本发明Bi基高温无铅软钎料无毒、无污染，力学性能优于相应的高铅钎料，铺展性能满足钎焊使用要求。能够替代目前广泛应用的高铅钎料，满足当前高温电子封装需要。与现有技术相比，本发明具有如下显著优势1、本发明合金的熔化温度较高并具有良好的润湿性能，熔点范围在250320'C之间，可以替代电子封装中的高Pb钎料；2、本发明在Bi-Sb合金的基础上添加了Sn，有效的改善了钎料的润湿行为；3、本发明在Bi-Sb-Sn合金的基础上添加了微量混合稀土镧钕，有效的提高了钎料的抗氧化能力和力学性能，增强了焊点的可靠性。具体实施例方式实施例1将原料按照如下比例配比铋Bi:90wt%，锑Sb:8wt%，锡Sn:2wt%，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在真空度为4xl(T3Pa的条件下引弧，在电流为480A、电压为20V的条件下熔炼，熔炼过程中通过移动电极来搅拌熔融的合金。之后在真空条件下冷却至室温，取出翻转后放入炉中在相同条件下再次进行熔炼，冷却后备用。与对比例相比，熔点降低，但铺展性能、导电性能及力学性能均提高。实施例2将原料按照如下比例配比铋Bi:83wt%，锑Sb:5wt%，锡Sn:12wt%，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在真空度为4x10—3Pa的条件下引弧，在电流为480A、电压为20V的条件下熔炼，熔炼过程中通过移动电极来搅拌熔融的合金。之后在真空条件下冷却至室温，取出翻转后放入炉中在相同条件下再次进行熔炼，冷却后备用。与对比例相比，熔点降低，但铺展性能、导电性能及力学性能均提高。实施例3将原料按照如下比例配比铋Bi:86.2wt%，锑Sb:5wt%，锡Sn:8wt%，混合稀土镧钕LaNd为0.1wt%，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在真空度为4xl(^Pa的条件下引弧，在电流为480A、电压为20V的条件下熔炼，熔炼过程中通过移动电极来搅拌熔融的合金。之后在真空条件下冷却至室温，取出翻转后放入炉中在相同条件下再次进行熔炼，冷却后备用。与对比例相比，熔点降低，但铺展性能、导电性能及力学性能均提高实施例4将原料按照如下比例配比铋Bi:82.8wt%，锑Sb:5wt%，锡Sn:12wt%，混合稀土镧钕LaNd为0.2wt%，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在真空度为4xl0—spa的条件下引弧，在电流为480A、电压为20V的条件下熔炼，熔炼过程中通过移动电极来搅拌烙融的合金。之后在真空条件下冷却至室温，取出翻转后放入炉中在相同条件下再次进行熔炼，冷却后备用。与对比例相比，熔点降低，但铺展性能、导电性能及力学性能均提高实施例5将原料按照如下比例配比铋Bi:89.8wt%，锑Sb:2wt%，锡Sn:8wt%，混合稀土镧钕LaNd为1.2wt%，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在真空度为4xl(^Pa的条件下引弧，在电流为480A、电压为20V的条件下熔炼，熔炼过程中通过移动电极来搅拌熔融的合金。之后在真空条件下冷却至室温，取出翻转后放入炉中在相同条件下再次进行熔炼，冷却后备用。与对比例相比，熔点降低，但铺展性能、导电性能及力学性能均提高。对比例将原料按照如下比例配比铋Bi:95wt%，锑Sb:5wt%，将原料放入工业用非真空感应炉中冶炼，在真空度为4xl(T3Pa的条件下引弧，在电流为480A、电压为20V的条件下熔炼，熔炼过程中通过移动电极来搅拌熔融的合金。之后在真空条件下冷却至室温，取出翻转后放入炉中在相同条件下再次进行熔炼，冷却后备用。达到的技术指标见表l:表l相关实施例和对比例技术指标<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注上述实验均是在相同实验条件下完成。权利要求1、一种Bi基高温无铅软钎料，其特征在于原料组份包括铋(Bi)80-90wt％；锑(Sb)2-8wt％；锡(Sn)2-12wt％。2、权利要求l所述Bi基高温无铅软钎料，其特征在于配方组分中还含有混合稀土镧、钕中的至少一种，含量为0.05-0.5wt%。3、权利要求1所述Bi基高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于将原料按成分比例配好，放入工业用非真空感应炉或非自耗真空感应炉中冶炼，制备过程中，每半个小时将合金翻转后再进行熔炼，熔炼完成后浇铸即可得到焊料合金。4、权利要求3所述高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于感应炉中冶炼制备过程中其真空度为4xlO—3Pa、电流为450A500A、电压为16V20V。全文摘要本发明涉及一种Bi基高温无铅软钎料及制备方法，属于电子封装与组装等钎焊焊料技术。该Bi基高温无铅软钎料，原料组份包括铋Bi80-90wt％；锑Sb2-8wt％；锡Sn2-12wt％，配方组分中还可以含有混合稀土镧、钕中的至少一种，含量为0.05-1.5wt％。该新型高温无铅软钎料熔点在250℃～450℃之间、润湿铺展性好、强度高、耐腐蚀性好，可以适应不断发展的电子工业的各种技术、环境和人为要素的要求。文档编号B23K35/26GK101380702SQ200810172599公开日2009年3月11日申请日期2008年10月31日优先权日2008年10月31日发明者闫焉服申请人:闫焉服