专利名称：无铅软钎焊料合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊料。
背景技术：
随着人们环保意识的增强，电子工业中传统所采用的Sn-Pb软钎焊料合金开始逐渐被无铅软钎焊料所代替。
在当前所使用的无铅软钎焊料中，成分主要为Sn-Cu、Sn-Ag及Sn-Ag-Cu系。以这些体系为基础，通过添加合金元素可以提高焊料合金的性能。例如，US6,361,l,742提出在Sn-Ag(1.5-6.0％)基础上添加小于5wt％的La、Ce混合稀土组成的无铅软钎焊料；CN132964A中在Sn-Ag(3.5-6.0％)基础上添加微量元素Ni以抑制Cu向焊锡合金中的扩散。日本Nihon在US6,180,055中在以SnCu共晶成分的基础上提出由Sn-(0.3～0.7)Cu-(0.04～0.1)Ni组成的无铅软钎焊料合金，元素Ni可抑制Cu向熔融焊料中的溶解，降低Cu向熔融钎料中的溶解速度以及桥联发生的可能性。
焊接过程中，这些软钎焊料与Cu、Ni等焊盘间形成金属间化合物，从而形成牢固的焊点。在后期服役过程中，焊点内软钎焊料与焊盘间的金属间化合物层会继续长大，由于金属间化合物的脆性本质，会严重恶化焊点强度及焊点的可靠性，因此需要通过抑制焊点内软钎焊料合金与焊盘的金属间化合物层的长大，从而间接的提升焊点强度和焊点可靠性。
发明内容
为了解决上述问题，抑制软钎焊料与焊盘间金属间化合物层在服役过程中的长大问题，本发明的目的在于提供一种无铅软钎焊料，该无铅软钎焊料合金在现有Sn-Cu无铅软钎焊料体系内加入合金元素Zn，控制Zn的加入量为0.05～2.0wt.％。
本发明所涉及的无铅软钎焊料合金，在作为钎料基本组合物中不使用剧毒性的铅，属于环保性无铅软钎焊料合金。具有上述组成的本发明的无铅钎料可通过传统方法冶炼，即Sn、Cu、Zn以金属原料供应，在坩埚中加热并搅动，浇铸即可得到钎料合金。本发明的钎料合金可以通过传统工艺加工形成成焊锡条、焊锡棒、焊锡丝、焊锡球及焊膏等的形式，从而能够满足PCB组装、SMT微电子表面封装及表面贴装等所需要的钎料合金。
图1为150℃恒温老化10天时间条件下Sn-0.7Cu/Cu界面结构特征照片，图2为150℃恒温老化10天时间条件下Sn-0.7Cu-0.2Zn/Cu界面结构特征照片，图3为150℃恒温老化10天时间条件下Sn-0.7Cu-1.0Zn/Cu界面结构特征照片，图4为Cu6Sn5层的能谱结果图，图5为Cu3Sn层的能谱结果图，图6为Cu6Sn5层的能谱结果图，图7为Cu5Zn8层的能谱结果图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式的无铅软钎焊料合金由0.1～3.0wt.％Cu、0.05～2.0wt.％Zn、余量为Sn及不可避免的杂质组成。
下面详细说明本实施方式中各添加元素的作用及其最佳含量。
添加Cu可以与Sn在0.7wt.％Cu、227℃时形成二元共晶以降低焊料的熔点。与传统Sn-Pb焊料相比，Sn-Cu共晶有着一系列优点，包括焊料的密度(7.4g/mm3)较Sn-Pb(8.4g/mm3)低、高热导率、低电阻率、机械性能及焊点可靠性等。铜含量的优选范围是0.1～2.0wt.％，更优选的含量范围是0.3～1.0wt.％。
添加Zn可以抑制软钎焊料与印制电路板间Cu焊盘间所形成的金属间化合物层在后期服役过程中的长大。当添加的Zn含量小于0.8wt.％时，可以阻碍元素的扩散，从而达到抑制界面化合物长大的目的；当添加的Zn含量大于0.8wt.％时，可以改变界面化合物的形态，从Cu6Sn5转变为Cu5Zn8，同样达到了抑制界面化合物长大的目的。锌含量的优选范围是0.05-1.5wt.％，更优选的含量范围是0.1-1.2wt.％。
具体实施方式
二根据本实施方式详述本发明，但是本发明范围并不是限于这里所提出的实施例。在以下的描述中，所有关于合金成分的百分数都是重量百分数。
实施例1，无铅软钎焊料合金由0.7％Cu、0.2％Zn，其余部分为99.1％Sn组成。
实施例2，无铅软钎焊料合金由0.7％Cu、1.0％Zn，其余部分为98.3％Sn组成。
传统例，无铅软钎焊料合金由0.7％Cu，其余部分为99.3％Sn。
对本发明实施例和传统例通过与印制电路板的Cu焊盘间形成焊接接头，并进行了一段时间的高温恒温老化，即将焊料在150℃温度下保温10天后，观察界面处金属间化合物的变化。传统例、实施例1与实施例2中所描述焊料合金对应的试验结果分别见图1-3。在三张图中，图上部为焊料合金、中间为金属间化合物层，下部为Cu焊盘。如图1所示，传统例所描述的焊料合金/Cu界面处在老化过程中形成了两层金属间化合物，分别为Cu6Sn5层和Cu3Sn层，能谱结果见图4和图5，厚度约为6μm。在图2中，实施例1所描述的焊料合金与传统例相比添加了0.2％Zn，焊料合金/Cu界面处只形成了一层金属化合物层，能谱结果见图6，表明界面化合物为Cu6Sn5，厚度约为3μm，表明0.2％含量的Zn完全抑制了Cu3Sn的形成及长大。在实施例2中，如图3所示，界面同样只形成了一层金属间化合物层，能谱结果见图7，界面化合物转变为Cu5Zn8层，厚度约为3μm。
从中看出，在传统Sn-0.7Cu(比较例)中添加元素Zn(实施例1和实施例2)都可以明显抑制界面金属间化合物的长大。
权利要求
1.一种无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金在现有Sn-Cu无铅软钎焊料体系内加入合金元素Zn，控制Zn的加入量为0.05～2.0wt.％。
2.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金中Zn的加入量为0.05～1.5wt.％。
3.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金中Zn的加入量为0.1～1.2wt.％。
4.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金中Cu的加入量为0.1～3.0wt.％。
5.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金中Cu的加入量为0.1～2.0wt.％。
6.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金中Cu的加入量为0.3～1.0wt.％。
7.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金由0.7wt.％Cu、0.2wt.％Zn、99.1wt.％Sn组成。
8.根据权利要求1所述的无铅软钎焊料合金，其特征在于所述无铅软钎焊料合金由0.7wt.％Cu、1.0wt.％Zn、98.3wt.％Sn组成。
全文摘要
无铅软钎焊料合金，涉及一种焊料。为了抑制软钎焊料与焊盘间金属间化合物层在服役过程中的长大问题，本发明的无铅软钎焊料合金在现有Sn－Cu无铅软钎焊料体系内加入合金元素Zn，控制Zn的加入量为0.05～2.0wt.％。本发明所涉及的无铅软钎焊料合金在作为钎料基本组合物中不使用剧毒性的铅，属于环保性无铅软钎焊料合金。本发明的钎料合金可以通过传统工艺加工形成成焊锡条、焊锡棒、焊锡丝、焊锡球及焊膏等的形式，从而能够满足PCB组装、SMT微电子表面封装及表面贴装等所需要的钎料合金。
文档编号B23K35/26GK1986142SQ20061015110
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者王凤江, 马鑫, 吴建雄, 吴建新 申请人:深圳市亿铖达工业有限公司