一种低温无铅焊料合金的制作方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及电子焊接技术领域，特别是指利用无铅锡合金进行焊接，具体是一种 低烙点Sn-Bi-Si系无铅焊料合金。
【背景技术】：
[0002] 自电子组装无铅化后，现今普遍采用Sn/化系，Sn/Ag/化系无铅焊料合金用于 波峰焊、回流焊制程。如在波峰焊制程中，普遍采用Sn化0. 7,Sn化0. 7-Ni，Sn化0. 7-Si， SnAgO. 3CuO. 7 (SAC0307)，而在回流焊制程中，普遍采用SnAg3.OCuO. 5 (SAC305)， SnAg3. 8CuO. 7(SAC387)，SnAgl.OCuO. 5(SAC105)，SnAgO. 3CuO. 7(SAC0307)等。W上无铅 合金虽然避免使用了传统Sn/Pb焊料合金中的Pb,有效保护了环境和人类健康，但同时具 有W下问题：①该类无铅合金的烙点在217~227°C范围，高出传统Sn63化37的烙点35~ 45°C，因此在电子组装中，波峰炉或回流炉需要设置较高的溫度，增加电子组装的能耗。据 统计，电子组装从传统Sn/化转为无铅制程后，综合能耗增加了 25~30%。②电子组装溫 度的提升，增大了溫度对电子元器件因过热造成的性能W及组装质量的不良影响。随着电 子元器件不断往高集成度和轻薄短小方向发展，在SMT回流制程中，现有无铅合金的回流 溫度会造成元器件产生翅曲（Wa巧age),从而造成非润湿性开路（NW0 =Non-Wetting化en) 组装缺陷，大大影响组装品质和效率。
[0003] W上所述的因过热造成的元件翅曲（Wa巧age)问题，在EMS工厂已成为组装不良 的主要原因。试验表明，如果将SMT回流峰值溫度由现在Sn-Ag-化系无铅合金的240~ 255°C降低到160~200°C，则该组装不良可从根本上予W大幅降低甚至杜绝。
[0004] 传统锡祕系无铅合金，典型成分为Sn42B巧8,其烙点为138°C。该合金在电子组装 过程中，其回流溫度为160~180°C，可有效杜绝元件器的受热翅曲，从而避免NWO问题。但 是，祕度i)本身是脆性金属，使得Sn42B巧8合金也很脆，延展性低。Sn42B巧8合金在凝固 过程中，Bi容易结晶成粗大不规则状，且该合金在长期服役过程中，Bi会W颗粒的形式在 化/化sSn界面处偏聚形成脆性祕层，导致焊接接头的脆性断裂。该合金具体表现为抗机械 冲击和跌落性能差。
[0005] 专利200710121380. 4北京有色金属研究总院公布了一种Sn-Bi-化系合金焊料， 其中Bi:28 ~30%;Cu:0. 4 ~0. 6%;Zn:0. 005 ~0. 5%;Sn为余量；Ni:0.OOl~0. 1% 和（或）Co:0.OOl~0. 1%。该专利引入化，Zn,Ni和（或）Co虽然能大幅降低焊点在冷 却过程中Bi的偏聚，但其烙点大于185°C，回流溫度需要在215°CW上，不能有效降低NWO 缺陷，同时，该合金由于含有Zn,极易腐蚀和氧化，因此在焊锡膏的应用方面受到极大限制。
[0006] 专利200680034253. 4千住金属工业株式会社公布了一种In-Bi系合金焊料，其中 In:48 ~52. 5%;Zn:0.Ol~0. 4%和（或）La:0.Ol~0. 4%;P:0.OOl~0. 01%;Bi:余 量。其烙点范围为85~100°C，但其含50%左右In,成本极高，且该合金含有极易腐蚀和氧 化的Zn,同样在焊锡膏的应用方面受到极大限制。
[0007] 因此，提供一种回流峰值溫度在200°CW下，但抗机械冲击和跌落性能大大优于 Sn42B巧8合金，且性价比高，能广泛应用于电子波峰焊和回流焊组装制程的低溫无铅焊料 成为本技术领域急需解决的技术问题。
【发明内容】
：
[0008] 本发明的目的是公开一种回流峰值溫度在200°CW下，但抗机械冲击和跌落性能 大大优于Sn42B巧8合金，且性价比高，能广泛应用于电子波峰焊和回流焊组装制程的低溫 无铅焊料。
[0009] 实现本发明的技术解决方案描述如下（所述的组分是按重量百分比）：
[0010] 一种Sn-Bi-Si系无铅焊料，包含有：
[0011] 30%《Bi《60%
[0012] 0.OOl《Si《0. 02%
[0013] 含有微合金元素（变质剂）：
[0014] 0《Ag《1.0% 阳01引 0《Cu《1.0%
[0016] 0《Ni《0. 5%
[0017] 0《C〇《0. 5% 阳0化]0《Mn《0. 5%
[0019] 0《Ti《0. 5%
[0020] 0《訊《1.0 %
[0021] 0《In《2. 0%
[0022] 并含有W下抗氧化元素的一种或多种：
[0023] P:0 ~0. 5%;
[0024] Ge:0 ~0.5%; 阳0巧]Ga:0 ~0.5%;
[00%] 还含有W下稀±元素的一种或多种：
[0027] Se:0 ~0.5%;
[0028] Y:0 ~0. 5%;
[0029] La:0 ~0.5%;
[0030] Ce:0 ~0.5%;
[0031] Pr:0 ~0.5%;
[0032] Nd:0 ~0.5%; 阳的3] 化：0~0. 5%;
[0034] Sm:0 ~0. 5% ;
[0035] 化：0 ~0. 5%;
[0036] 余量为Sn和不可避免的杂质。
[0037] 所述的焊料合金中，Bi的优选范围为35. 0~60. 0%，进一步优选范围为39. 0~ 59. 0%，最优选范围为39. 0~40. 0%或56. 0~59. 0% ;Si的优选范围为0.Ol~0. 1%， 最优选范围为0.02~0.05%。
[0038] 所述的低溫无铅焊料合金，包含（重量百分比）：
[0039] Bi :57% ；
[0040] Si :0.02%;
[0041] 还含有：Ag:0. 4%或Ag:0. 4%和Cu:0. 5%或Ag:0. 4%和Ni:0. 5%或Ag:0. 4% 和Co:0. 5% ;余量为Sn和不可避免的杂质。
[0042] 所述的低溫无铅焊料合金，包含（重量百分比）：
[0043] Bi :57% ；
[0044] Si :0.02%;
[0045] 还含有：Cu:0. 5 % 或Cu:0. 5 % 和Ni:0. 05%、Ge:0. 006 % 或Cu:0. 5 % 和訊： 0. 5%和Ni:0. 05%、In:1.0%。
[0046] 所述的低溫无铅焊料合金，包含（重量百分比）：
[0047] Bi :57% ；
[0048] Si :0.02%;
[0049] 还含有：化：0.05%或Ni:0.05%和Ge:0.006%。
[0050] 所述的低溫无铅焊料合金，包含（重量百分比）：
[0051] Bi :57% ；
[0052] Si :0.02%;
[0053] 还含有：Co:0. 05% ;或还含有：Sb:0. 5% ;或还含有：Ce:0. 05% ;或还含有：Ge: 0. 006%。
[0054] 所述的低溫无铅焊料合金的制造方法，其步骤如下：
[0055] (1)将所述SiW粉末状按Sn-O. 25%的比例（重量百分比）在真空感应加热炉中 加热至1450~1500°C下烙炼2~3小时，冷却后诱铸为Sn-Si母合金锭；
[0056] (2)将上述的Sn-Si母合金锭采用机械破碎方法或金属雾化方法制备作成粒度小 于100微米的合金粉末；
[0057] (3)将上述的一种或多种微合金元素Ag、化、化、Co、Mn、Ti、訊、In和抗氧元素P、 Ge和Ga与锡（Sn)在真空感应加热炉中烙炼为中间合金；
[0058] (4)将上述的稀±元素与Bi在真空感应加热炉中烙炼为稀±合金；
[0059] (5)将余量的Sn、Bi和Sn-Si母合金粉末在真空烙化炉中400~500°C溫度下烙 解并揽拌60~90Min，降溫至300~350°C加入上述的中间合金和/或稀±合金，充分揽拌 烙解后冷却诱铸为所制备的焊料合金。
[0060] 上述的中间合金的制备比例和烙炼溫度分别是：
[0061] Ag:Sn-20%Ag，500 ~600°C，并合金烙点为 221 ~370°C。
[0062] Cu:Sn-10%Cu，500 ~600°C，并合金烙点为 227 ~453°C。
[0063] 化：Sn-2%Ni，900 ~1000°C，并合金烙点为 231 ~570°C。
[0064] Co:Sn-l. 5%Co,900 ~1000°C，并合金烙点为 231 ~525°C。 阳0化]Mn:Sn-3%Mn，900 ~lOOOr，并合金烙点为 231 ~410°C。
[0066] Ti:Sn-5%Ti，1200 ~1300°C，并合金烙点为 231 ~550°C。
[0067] Sb:Sn-10%Sb，500 ~600°C，并合金烙点为 242 ~250°C。
[0068] In:Sn-51 %In, 300 ~400