专利名称：一种高可靠低银无铅焊料及其制备方法
技术领域：
本发明属于低银无铅焊料制备技术领域。
背景技术：
目前，国内外主要的无铅焊料品种有锡银铜系(Sn-Ag-Cu)无铅焊料和 锡铜系(Sii-Cu)无铅焊料，均存在以下不足
1、 熔点髙、表面张力大；润湿性差；
2、 材料成本髙，特别是Sn-Ag-Cu系无铅焊料，其Ag含量高达3~3.8%;
3、 在焊料与基材界面间容易形成Cll6Sll5脆性相的金属化合物层，而最终
影响到电子产品的可靠性。
鉴于上述不足，对锡银铜系无铅辉料例如欧洲推荐产品Sn-3.8Ag-0.7Cu 进行降低Ag含量和提髙可靠性的研究具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种银含量 低且可靠性髙的低银无铅焊料。
本发明还要提供一种生产成本低的低银无铅焊料的制备方法，并且由该方 法获得的低银无铅焊料的可靠性好。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是 一种以锡银铜无铅 焊料合金为基础的低银无铅焊料，其还含有镍和钴，以焊料的总重量为基准， 低银无铅焊料的组成为银0.2% 0.6%、镍0.01% 0.06%、铜0.5% 0.8%、 钴0.01% 0.06%及其余为锡。
作为本发明低银无铅焊料的进一步实施方案低银无铅焊料的组成为银 0.3% 0.4%、镍0.02% 0.03%、铜0.6% 0.7%、钴0.02% 0.03%及其余为 锡。优选地，无铅焊料中镍和钴的含量相同。根据本发明的一个具体方案，低 银无铅焊料的组成为银0.3%、镍0.03%、铜0.7%、钴0.03%及其余为锡。
由于采取以上技术方案，本发明的焊料与现有技术相比具有如下技术效果
1、 焊料中银含量仅在0.3%-0.6%之间，焊料成本低廉，与现有焊料相比， 节约大量贵金属，降低成本85%左右；
2、 复合添加微量的镍和钴元素，细化焊料合金组织、抑制影响焊料可靠性的Cii6Sii5相金属化合物的形成及生长，提髙焊点的可靠性；3、焊料的表面张力、流动性、润湿性均能达到髙银无铅焊料的水平，满足 客户需求。本发明的提供的另一技术方案是一种上述低银无铅焊料的制备方法，其 包括如下步骤(1) 、在熔融保护状态下分别熔炼制备锡银中间合金、锡铜中间合金、锡 镍中间合金以及锡钴中间合金；(2) 、将步骤(1)获得的中间合金与剩余的锡在温度400'C-550r下混合， 制得所述的低银无铅焊料。根据本发明制备方法的一个方面，步骤(1)中所述锡银中间合金中银的质 量百分含量为9%-11%,锡铜中间合金中铜的质量百分含量为9%-11%,锡镍中 间合金中镍的质量百分含量为1%-3%,锡钴中间合金中钴的质量百分含量为 1%-3%。优选地，步骤(1)中所述锡银中间合金中银的质量百分含量为10%,锡铜 中间合金中铜的质量百分含量为10%，锡镍中间合金中镍的质量百分含量为 2%,锡钴中间合金中钴的质量百分含量为2%，此时，中间合金可在500"-550" 下进行熔炼，在该温度下， 一方面，锡不易发生氧化，另一方面，可确保最终 的无铅焊料中各元素的比例与所设定的比例相同。步骤(2)优选在500"-550"下进行。由于采取上述技术方案，本发明的焊料的制备方法可避免锡的氧化以及确 保最终产品的比例与设定的比例严格一致，保证产品的各项性能，同时，该方 法使合金熔炼在较低温度下进行，成本低、操作简便。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但不限于这些实施例。实施例1按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.3wt%、 Cu 0.5wt%、 Ni 0.03%、 Co 0.03%以及Sn 99.14%。上述低银无铅焊料的制备过程如下(1) 、按配方进行原料准备和称量；(2) 、在温度500X:-550TC以及惰性气体保护下，分别熔炼制备中间合金Sn-(10)Ag、 Sn-(10)Cu、 Sn誦(2)Ni、 Sn-(2)Co，其中，Sn-(10)Ag表示Ag质量百 分比含量为10%的锡银中间合金，Sn-(10)Cu表示Cii质量百分比含量为10%的 锡银中间合金，Sn-(2)Ni表示Ni质量百分比含量为2%的锡镍中间合金， Sn-(2)Co表示Co质量百分比含量为2%的锡钴中间合金；(3) 、在电阻炉上将步骤(2)制备的各中间合金与剩余的锡在温度420"C 下混合，制成Sn-Ag-Cii-Ni-Co无铅焊料锭坯；(4) 、在挤压机上将步骤(3)所得锭坯挤压成条状或丝状，即为低银无铅焊料。经检测，本实施例的焊料的熔流点为217'C 227"之间，扩展率大于 80。/。(Cu校，260"C)，表面张力为420达因/厘米(液滴法，255匸)。实施例2按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.4wt%、 ，Cu 0.6wt%、 Ni 0.02%、 Co 0.02%以及Sn 98.96%,其制备同实施例1。经检测，本实施例的焊料的熔流点为2171C 226.81C之间，扩展率大于 80。/。(Cu校，260n)，表面张力为420达因/厘米(液滴法，255C )。实施例3按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.5wt%、 Cu0.7wt%、 Ni 0.025%、 Co 0.025%以及Sn 98.75%，其制备同实施例1。经检测，本实施例的焊料的熔流点为217C 226C之间，扩展率大于 80。/n(Cu校，260X:),表面张力为420达因/厘米(液滴法，2550。实施例4按照本实施例的低银无铅焊料含有Ag 0.3wt%、 Cu 0.7wt%、 Ni 0.03%、 Co 0.03%以及Sn 98.94%,其制备同实施例1。经检测，本实施例的焊料的熔流点为217C 226"之间，扩展率大于 80。/。(Cu校，260C)，表面张力为420达因/厘米(液滴法，2550。对比例1不含钴和镍的无铅焊料，其含有Ag3wt"/。、 Cu 0.5%以及Sn 96.5wt%。 经检测，焊料的熔流点为217"C 220r之间，扩展率大于80%(Cn校， 表面张力为450达因/厘米(液滴法，255"C)。对比例2Sn-0.3Ag-0.7Cu系无铅焊料，其熔流点为 227*C之间，扩展率大于80。/。(Cu校，260*C)，表面张力为465达因/厘米(液滴法，255"),抗蠕 变性(破断时间)17小时(1501C,负荷lkg)。以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够 了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本 发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种以锡银铜无铅焊料合金为基础的低银无铅焊料，其特征在于所述无铅焊料还含有镍和钴，以焊料的总重量为基准，低银无铅焊料的组成为银0.2％～0.6％、镍0.01％～0.06％、铜0.5％～0.8％、钴0.01％～0.06％及其余为锡。
2、 如权利要求l所述的低银无铅焊料，其特征在于无铅焊料的组成为 银0.3% 0.4%、镍0.02% 0.03%、铜0.6% 0.7%、钴0.02% 0.03%及其余 为锡。
3、 如权利要求l或2所述的低银无铅焊料，其特征在于无铅焊料中镍和 钴的含量相同。
4、 如权利要求3所述的低银无铅焊料，其特征在于无铅焊料的组成为 银0.3%、镍0.03%、铜0.7%、钴0.03%及其余为锡。
5、 一种权利要求1至4中任一项所述的低银无铅焊料的制备方法，其特征 在于包括如下步骤(1) 、在熔融保护状态下分别熔炼制备锡银中间合金、锡铜中间合金、锡 镍中间合金以及锡钴中间合金；(2) 、将步骤(1)获得的中间合金与剩余的锡在温度550X:下混合， 制得所述的低银无铅焊料。
6、 如权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述锡银中 间合金中银的质量百分含量为9%-11%,锡铜中间合金中铜的质量百分含量为 9%-11%，锡镍中间合金中镍的质量百分含量为1%-3%,锡钴中间合金中钴的 质量百分含量为1%-3%。
7、 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述锡银中 间合金中银的质量百分含量为10。/。，锡铜中间合金中铜的质量百分含量为10%， 锡镍中间合金中镍的质量百分含量为2%，锡钴中间合金中钴的质量百分含量为 2%。
8、 如权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述熔炼的 温度范围为500C誦550X:。
9、 如权利要求7所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，在温度 500"-550X:下混合中间合金与剩余的锡。
全文摘要
本发明涉及一种以锡银铜无铅焊料合金为基础的高可靠低银无铅焊料及其制备方法，以低银无铅焊料的总重量为基准，该无铅焊料组成为银0.2％～0.6％、镍0.01％～0.06％、铜0.5％～0.8％、钴0.01％～0.06％及其余为锡。本发明无铅焊料的制备方法为首先在熔融保护状态下分别熔炼制备锡银中间合金、锡铜中间合金、锡镍中间合金以及锡钴中间合金；然后将获得的中间合金与剩余的锡在温度400℃-550℃下混合，制成低银无铅焊料。本发明无铅焊料成本低廉，焊点可靠性好，能够满足客户的需求；本发明制备方法在较低温度下进行，操作简便、成本较低。
文档编号B23K35/26GK101642856SQ200910115810
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者徐菊英, 王国银, 王文明 申请人:太仓市首创锡业有限公司