一种低温焊料合金及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及焊接技术领域，尤其设及一种低溫焊料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 焊接是制造电子产品的一项重要技术工艺，为了得到理想的针焊连接，焊料的选 择至关重要。而焊料的第一个关键指标是其烙点。对于电子工业而言，理想的焊料通常要 求烙点低于200°c(普遍认为180°C左右为最佳），W避免在焊接过程中因为过高的焊接溫 度而对电子器件造成破坏。
[0003] 除了烙点的溫度W外，焊料的机械强度、抗氧化性等也对焊料焊接的可靠性具有 重要影响。
[0004] 目前烙点略低于200°C的低溫焊料大多都是含有铅的合金材料，最常见的是 Sn-Pb,由于其价格低廉，具有良好的导电性，优良的力学性能和可焊性，Sn-Pb焊料已经成 为连接器件和印刷电路板的首选焊接连接材料。然而，由于铅对人体具有很大的毒性，极 易造成人体血铅含量升高甚至铅中毒，同时也容易污染环境。面对国际上对电子产品无铅 化要求越来越高W及人们的健康意识不断提升的大环境，电子焊接的无铅化已经成为微电 子技术的未来发展趋势。于是基于Sn的二元合金及S元合金材料，如Sn-Zn,Sn-Ag-化、 Sn-Ag-化等已成为无铅焊料研究的重点。然而，运些Sn的二元合金及=元合金并不是不存 在缺陷，如大多数二元合金及=元合金无法做到溫度、成本、力学性能、浸润性和抗氧化性 等多方面的兼顾。
【发明内容】
阳0化]本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种低溫焊料合金及 其制备方法。
[0006] 本发明实施例的另一目的在于提供该低溫焊料合金的应用。
[0007] 为达到上述发明目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
[0008] 一种低溫焊料合金，该低溫焊料合金包括如下摩尔百分比的配方组分：
[0009] Sn 75.0% ~80.0% Mg 2.30/0~5.8% Zn 16.麟省任絲 Al 0.6%~3.5% Cu 化 1% ~0.3%;
[0010] W及，上述低溫焊料合金的制备方法，包括如下步骤：
[0011] 按照上述的低溫焊料合金所含元素的比例，分别称取511、1旨、化、41、化单质物料， 然后进行混料处理，形成混合金属物料；
[0012] 在真空条件下，对所述混合金属物料进行热处理I~2小时，热处理溫度670°C~ 700°C，随后在真空条件下进行冷却处理。
[001引 W及，上述低溫焊料合金在电子焊接中的应用。
[0014] 上述实施例的低溫焊料合金，不含铅金属元素，烙点在179~182°C之间，明显低 于常规焊料的烙点，且该低溫焊料合金机械性能和浸润性能均有提升。尤其是化和化组分 相互配合更进一步的提高了焊料合金的浸润性能，Mg的加入使得焊料的机械性能获得极大 的提升。另外，采用差热分析仪器分析合金氧化状况，测出的DSC曲线平坦无氧化放热峰， 主要原因是本发明实施例采用了微量的Al,使得合金接触氧气时，Al形成氧化侣保护层， 有效的阻止氧气对合金内部的氧化。
[0015] 采用上述低溫焊料合金的制备方法，只需常规设备，操作简便，烙炼溫度不高于 700°C，热处理能耗低，生产成本低，适合大规模的工业生产。
[0016] 上述实施例中，低溫焊料合金在电子焊接领域方面的应用，具有烙点低，不易出现 焊接溫度过高导致电子产品的损坏，且化和化组分的低溫焊料合金还能增强焊接的浸润 性，提高焊料与被焊接物体的接触面积，使得焊接更加牢固；而Mg组分的低溫焊料合金则 因具有良好的机械性能，使得电子焊接过程中不容易出现断裂等问题。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下实施例，对本发明进行 进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定 本发明。
[0018] 本发明实施例提供了一种低溫焊料合金的配方，该低溫焊料按照摩尔百分比的配 方组分：
[0019] Sn 可义0疑~撕.0% Mg 2.3%~5.8% Zn 16.6%广-20.0%、 Al 0.6% ~3.5% 说
[0020] 上述配方组分实施例中Mg的加入，则有利于增强该低溫焊料合金的机械强度，使 得该焊料具有更好的机械强度、更优异的屈服强度和良好的弹性，远远超过Sn-37Pb的机 械性能。而加入微量的相对活泼的金属Al,容易在焊料合金表面形成氧化侣保护层，有效阻 止氧气侵入合金内部，从而避免该低溫焊料在使用过程中由于氧化而降低焊接的可靠性。 化的加入有利于改善该低溫焊料的浸润性，在焊接过程中，烙融的焊料能够很好的铺散于 待焊物体表面，结合强度好。
[0021] 此外，由于上述配方组分中，所采用的金属原料均为低成本金属，不含稀±元素及 其他贵重金属，因此原料成本不高。
[0022] 相应地，在上述本发明实施例低溫焊料合金配方的基础上，本发明实施例还提供 了该低溫焊料合金的制备方法。在一实施例中，该低溫焊料合金的制备方法具体包含如下 步骤：
[0023] 步骤S01，按照上述合金配方比例分别称取Sn、MgJn、AlXu单质物料物料，然后 混合均匀，并将混合均匀的金属物料置于热处理装置内。
[0024] 步骤S02,向热处理装置中充入惰性气体，然后抽真空；
[00巧]步骤S03,在真空条件下，对所述混合金属物料进行热处理1~2小时，热处理溫度 为 670°C~70(TC。
[0026] 具体地，本发明实施例的上述步骤SOl中单质物料纯度均在99. 9%及W上，且所 述单质物料均为粉末状或颗粒状。采用粉末状或颗粒状的单质物料，在热处理过程中，易烙 融，从而减少低溫焊料合金生产过程中的能耗。
[0027] 在具体实施例中，上述步骤SOl中热处理装置应当设有氧化侣器皿或氮化棚器皿 或石墨相蜗器皿。该氧化侣器皿或氮化棚器皿或石墨相蜗器皿均具有耐高溫，不易与发明 实施例所采用的金属单质发生任何反应的特点。
[0028]上述步骤SOl中热处理装置选用可抽真空的高溫炉，高溫炉期加热方式可W是电 阻式加热，也可W是电磁感应式加热。 阳029] 上述步骤S02中惰性气体为氮气或氮气或氛气或氣气中的任一种。上述四种惰性 气体，均不会与本发明实施例中所采用的单质金属发生任何反应，避免了单质金属与惰性 气体反应产生的杂质，能够最大限度的保证了合金的有效性。
[0030] 在一具体实施例中，上述步骤S02抽真空过程，最终保持热处理装置的空气压力 在0.OlBar及W下。在该真空压力下，可W尽量排除因空气中氧气的存在而对低溫焊料合 金的热处理产生不良影响，也避免空气与合金反应而可能引入的氧化物杂质。
[0031] 在一具体实施例中，上述步骤S03的热处理的溫度最高为700°C，有利于节省烙融 能耗。同时，最低的热处理溫度应保证不低于670°C，如果溫度过低，不能保证所有物料均能 够烙融，或即使烙融，也不能确保烙融金属液体具有良好的流动性，而造成最终合金内组分 不均一，影响合金在使用过程中的浸润性和机械性能。
[0032]为了使本发明实施例在制备时更加安全，避免制备过程潜在的对操作者人身安全 可能造成的危害，同时，为了使得制备的低溫焊料合金不含有杂质及确保合金晶型的均一 性，在一实施例中，上述热处理结束时，停止加热，采用真空自然冷却的方式进行冷却。真空 自然待冷却至室溫，充入空气后，再取出冷凝结晶的合金。采用先真空冷却至室溫再充入空 气的顺序，主要是为了避免因冷却过程中热处理装置中存在的空气可能造成低溫焊料合金 的氧化；而采用自然冷却，主要是为了保证冷却时低溫焊料合金具有较均一的合金晶型。
[0033] W下通过多个实施例来举例说明上述低溫焊料合金及其制备方法。 阳〇34] 实施例1
[0035]一种低溫焊料合金及其制备方法。其中，低溫焊料合金包括按照摩尔分数比计的 如下组分：
[0036] 姑 76.0% Mg： 3.4% 姑 16.8% Al 3.5% Cu 0.3%。
[0037] 该低溫焊料合金的制备方法包括如下步骤： 阳03引步骤SOl，将99. 9%W上纯度的Sn,Mg,Zn,Al和化的粉末按照摩尔分数比例为
[0039] 訊 苑.0? Mg, 3.4% 疏 ，16 .8% Al 3.目豁 C