专利名称：无铅环保焊料的制作方法
技术领域：
本发明属于微电子行业表面组装领域，具体地涉及一种无铅环保焊料。
背景技术：
传统的焊接用Sn-Pb合金，主要采用Sn-Pb共晶成份，其中含Sn63％，余量为Pb。这种铅锡合金的共晶温度为183℃，具有良好的钎焊性、焊料浸润性和低成本，在工业上得到了广泛的应用。但这种焊料不仅在生产、使用过程中直接危害人的健康，更为严重的是随着大量电子废弃物的废弃或掩埋，合金中的有毒成分铅逐渐被自然环境中的水溶液腐蚀、溶解、扩散和富集，最终对自然环境、土壤、天然水体及动植物生物链造成不可恢复的环境污染。
目前世界主要工业化国家已逐渐认识到这些危害，并分别立法禁止含铅焊料及其电子产品在本国的生产、销售和使用。人们正在花费大量的努力，研究和开发用于替代锡铅焊料的无铅焊料，因此，无铅焊料在微电子行业表面组装技术领域中的应用已经是不可避免。
在无铅焊料的相关专利中，有多项涉及SnAgCu合金系列的专利，目前普遍公认的SnAgCu系列无铅焊料，有美国专利US5527628(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JP05-050286(申请日1996年3月)，其中Ag含量为重量比3-5％，上述两项专利，以及欧盟推荐的Sn-3.9Ag-O.6Cu，Ag的重量百分含量都不低于3.0％，不仅会导致合金的成本较高；还因其中Ag含量的增多，严重影响钎焊料及接头的力学性能，降低接头的可靠性；另外由于Ag有助于电迁移现象的发生，所以容易引起桥接短路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无铅环保焊料，对人体和环境不产生危害，Ag含量低，可降低合金的成本，产品与基底结合好，具有良好的润湿性、抗氧化性、导电性、导流性以及焊接强度，焊点内部无气孔。
本发明要解决上述的技术问题所采取的技术方案如下一种无铅环保焊料，由一合金组成，其组成有四种方式以重量百分比表示，包括1-2.5％Ag，0.5-1.0％Cu，并包括a、b、c或d所表示的成分中的一种，余量为Sn，其中a为0.3-3％Sb；b为0.02-0.05％Ni和0.01-0.03％Ga；c为0.01-0.03％Ni；d为0.01-0.03％Ni和0.04-0.06％In。
作为本发明的一种方式的改进，所述由Ag、Cu、Sn、Sb组成的合金含0.4-1％Sb。
作为上述方式的进一步的改进，由Ag、Cu、Sn、Sb组成的合金中含0.5％Sb。
作为本发明的另一种方式的改进，所述由Ag、Cu、Sn、Ni、Ga组成的合金含0.03-0.04％Ni和0.015-0.025％Ga。
作为上述方式的进一步的改进，上述由Ag、Cu、Sn、Ni、Ga组成的合金中含0.035％Ni和0.02％Ga。
作为本发明的第三种方式的改进，所述由Ag、Cu、Sn、Ni组成的合金中含0.015-0.025％Ni。
作为上述方式的进一步的改进，上述由Ag、Cu、Sn、Ni组成的合金中含0.02％Ni。
作为本发明的第四种方式的改进，所述由Ag、Cu、Sn、Ni、In组成的合金中含0.015-0.025％Ni和0.045-0.055％In。
作为上述方式的进一步的改进，上述由Ag、Cu、Sn、Ni、In组成的合金中含0.02％Ni和0.05％In。
本发明所提供的上述组成的焊料，因为不含铅成分，所以对人体和环境不产生危害，是一种环保型焊料。它以Sn为基料，加有1-2.5％Ag与0.5-1.0％Cu。其中Ag的加入可达到降低焊料的熔点、提高焊料的力学性能与抗蠕变疲劳性能，但加入量少于0.5％，上述作用不明显，加入量超过5％，不仅合金成本会大大提高，且会导致焊料合金的液相线温度急剧升高，从而电子元件可能发生热损伤，本发明Ag含量优选为1-2.5％；Cu的加入可降低SnAgCu合金的熔点，还可提高合金的润湿性及焊料强度。与现有技术相比，不仅具有好的机械性能，而且其成分与美国、欧盟专利相比Ag含量明显降低，可大幅降低材料的成本。
另外，本发明为了使合金具有更好的性能，同时还加入了从a、b、c、d中四选一的改性成分a为0.3-3％Sb。
加入Sb元素，能够提高合金的机械强度，改善钎料的润湿性，进一步降低熔点，并可弥散或固溶强化基体Sn。但Sb的含量太低，其作用不明显，而含量超过6％会导致钎料变硬、变脆，润湿性和铺展能力下降，并且易被腐蚀。所以将其含量控制在0.3-3％；优选为0.4-1％；最佳为0.5％。
本发明所提供的由Ag、Cu、Sn、Sb组成的无铅环保焊料，具有很好的润湿性。
b为0.02-0.05％Ni和0.01-0.03％Ga。
加入Ni元素，可以改进材料的强度，有助于解决焊点桥连，增加钎料的铺展性能；加入Ga元素，可以提高材料的抗氧化性，并提高铺展性能。Ni、Ga两种元素配合，可以达到抗氧化性好，焊接牢固的效果。但Ni的含量太低，会导致合金偏析，而含量太高会导致金属变硬、变脆、难于加工。所以将Ni的含量控制在0.02-0.05％；优选为0.03-0.04％；最佳为0.035％。而Ga的含量太低，会使焊点结合不牢，含量太高又会导致成本过高。所以将Ga的含量控制在0.01-0.03％；优选为0.015-0.025％；最佳为0.02％。
本发明所提供的由Ag、Cu、Sn、Ni、Ga组成的合金，可降低钎料的总电阻率，提高合金的导电性能。
c为0.01-0.03％Ni。
加入Ni元素，可改进材料的强度，并提高焊接性，有助于解决焊点桥连，但Ni的含量太低，会热稳定性降低，而含量太高(超过5％)会导致粘性增大，加工困难。所以将Ni的含量控制在0.01-0.03％；优选为0.015-0.025％；最佳为0.02％。
本发明所提供的由Ag、Cu、Sn、Ni组成的合金，可以改善钎料的铺展性能，且对钎料无不良影响。
d为0.01-0.03％Ni和0.04-0.06％In。
加入Ni、In元素，可以改进材料的强度，增加钎料的抗剪强度；加入In元素，还可以进一步降低熔点但Ni的含量太低，会使热稳定性降低，而含量太高会导致粘性增大，难于加工。所以Ni的含量控制在0.01-0.03％；优选为0.015-0.025％；最佳为0.02％。而In的含量太低，会导致熔点升高，含量太高会导致材料成本提高，另外In极易发生氧化作用而形成氧化物，会防碍在熔化焊料表面附近进行焊接，导致脱焊。所以将In的含量控制在0.04-0.06％；优选为和0.045-0.055％；最佳为0.05％。
本发明所提供的由Ag、Cu、Sn、Ni、In组成的合金，可以改善钎料的抗剪强度。
本发明所提供的上述的无铅环保焊料，可以具有不同的外形和形态，包括但不局限于棒材、圆盘状、金属线、垫圈、带状物、球粒、球和其它形状及粉末。
本发明的无铅环保焊料可应用于不同的焊接方法，尤其是适用于包括熔波钎焊、浸沉钎焊和使用焊料熔池的浇注钎焊，更特别适用于在印刷线路板焊接电子元件的熔波钎焊。
本发明下面将结合具体实施例作进一步的说明。
具体实施例方式
权利要求
1.一种无铅环保焊料，其特征在于它由一合金组成，此合金以重量百分比表示，包括1-2.5％Ag，0.5-1.0％Cu，并包括a、b、c或d所表示的成分中的一种，余量为Sn，其中a为0.3-3％Sb；b为0.02-0.05％Ni和0.01-0.03％Ga；c为0.01-0.03％Ni；d为0.01--0.03％Ni和0.04--0.06％In。
2.根据权利要求1所述的无铅环保焊料，其特征在于所述合金由Ag、Cu、Sn、Sb组成，其中含0.4-1％Sb。
3.根据权利要求2所述的无铅环保焊料，其特征在于其中含0.5％Sb。
4.根据权利要求1所述的无铅环保焊料，其特征在于所述合金由Ag、Cu、Sn、Ni、Ga组成，其中含0.03-0.04％Ni和0.015-0.025％Ga。
5.根据权利要求4所述的无铅环保焊料，其特征在于其中含0.035％Ni和0.02％Ga。
6根据权利要求1所述的无铅环保焊料，其特征在于所述合金由Ag、Cu、Sn、Ni组成，其中含0.015--0.025％Ni。
7.根据权利要求6所述的无铅环保焊料，其特征在于其中含0.02％Ni。
8根据权利要求1所述的无铅环保焊料，其特征在于所述合金由Ag、Cu、Sn、Ni、In组成，其中含0.015--0.025％Ni和0.045--0.055％In。
9.根据权利要求8所述的无铅环保焊料，其特征在于其中含0.02％Ni和0.05％In。
全文摘要
本发明涉及一种无铅环保焊料，属于微电子行业表面组装领域。它由一合金组成，以重量百分比表示，包括1－2.5％Ag，0.5－1.0％Cu，并包括a、b、c或d所表示组分中的一种，余量为Sn，其中a、b、c、d分别表示0.3－3％Sb、0.05％Ni和0.01－0.03％Ga、0.01－0.03％Ni、0.01－0.03％Ni和0.04－0.06％In。本发明的无铅环保焊料，对人体和环境不产生危害，成本低，与基底结合好，具有良好的润湿性、抗氧化性、导电性、导流性以及焊接强度，焊点内部无气孔，可应用于不同的焊接方法，尤其是适用于包括熔波钎焊、浸沉钎焊和使用焊料熔池的浇注钎焊，更特别适用于在印刷线路板焊接电子元件的熔波钎焊。
文档编号B23K35/26GK1788918SQ200510048208
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月20日 优先权日2005年12月20日
发明者徐振五 申请人:徐振五