CN102430872A

CN102430872A - Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料

Info

Publication number: CN102430872A
Application number: CN2011103146336A
Authority: CN
Inventors: 胡安民; 李明; 罗庭碧
Original assignee: Shanghai Jiao Tong University
Current assignee: Shanghai Jiao Tong University
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-05-02

Abstract

一种Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料，涉及焊接材料技术领域，所解决的是降低熔点，提高润湿性及力学性能的技术问题。该焊料包含有Sn、Cu、Bi、Ni，其中Cu占焊料的重量百分比为0.5～0.8％，Bi占焊料的重量百分比为1～3％，Ni占焊料的重量百分比为0.01～0.1％。本发明提供的焊料，熔点低，且润湿性及力学性能好。

Description

Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料

技术领域

本发明涉及焊接材料的技术，特别是涉及一种Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料的技术。

背景技术

目前，在微电子封装及组装时所使用的焊料主要是传统的Sn-Pb（锡铅）系焊料。但是当电子产品作为一般工业废弃物和生活垃圾被丢弃时，焊料中的Pb（铅）成分在自然环境中会溶解出来侵入地下水，从而对环境和人类造成极大的危害。因此，近年来许多国家纷纷制定或正在制定法律、法规，以限制含铅物质的使用，用无铅焊料替代传统的Sn-Pb（锡铅）系含铅焊料已成为全球微电子制造领域不可逆转的大趋势，积极寻找无毒无害的新型焊料也成为了当前电子行业的重要任务。Sn-Cu（锡铜）系焊料作为较有潜力的焊料合金也越来越受到关注。

现有无铅焊料中，Sn-Cu（锡铜）系焊料相比最常用的Sn-Ag-Cu（锡银铜）三元焊料，具有低成本的优点，且能避免焊料内部条状金属间化合物生成，但是由于其熔点过高、润湿性较差，且力学性能较低，因而其应用受到了限制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种熔点低，润湿性及力学性能好的Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料，所述焊料包含有Sn和Cu，其特征在于：所述焊料还包含有Bi和Ni，其中Cu占焊料的重量百分比为0.5～0.8％，Bi占焊料的重量百分比为1～3％，Ni占焊料的重量百分比为0.01～0.1％。

进一步的，Bi占焊料的重量百分比为1.5～2％。

进一步的，Ni占焊料的重量百分比为0.03～0.05％。

进一步的，所述焊料还包含有辅助组分，所述辅助组分是Cr和/或Al，其总量占焊料的重量百分比不超过0.5％。

本发明提供的Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料，在Sn-Cu焊料体系中加入了适量的Bi和Ni，加入Bi能提高焊料的润湿性，降低焊料的熔点，同时增强焊料的力学性能，加入Ni能使焊料亚表面形成阻挡层，使得焊料的抗氧化性能明显提高，从而提高焊料的润湿性，而且Ni可以明显细化焊料组织，能提高焊料力学性能，另外Ni的加入还可以抑制焊料界面IMC生长，提高焊料可靠性，Ni还可以减少焊料对不锈钢的腐蚀。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。

本发明实施例所提供的一种Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料，所述焊料包含有Sn（锡）和Cu（铜），其特征在于：所述焊料还包含有Bi（铋）和Ni（镍），其中Cu（铜）占焊料的重量百分比为0.5～0.8％，Bi（铋）占焊料的重量百分比为1～3％，Ni（镍）占焊料的重量百分比为0.01～0.1％；在Sn-Cu焊料体系中加入Bi（铋）能提高焊料的润湿性，并能降低焊料的熔点，增强了焊料的力学性能，加入Ni（镍）能使焊料亚表面形成阻挡层，使得焊料的抗氧化性能明显提高，从而提高焊料的润湿性，而且Ni（镍）可以明显细化焊料组织，能提高焊料力学性能，另外Ni（镍）的加入还可以抑制焊料界面IMC生长，提高焊料可靠性，Ni（镍）还可以减少焊料对不锈钢的腐蚀。

本发明实施例的最优方案为，Bi（铋）占焊料的重量百分比为1.5～2％，Ni（镍）占焊料的重量百分比为0.03～0.05％，若Bi（铋）占焊料的重量百分比超过3％会造出组分偏析，使得焊料延展性下降和熔程增大。

本发明实施例中，所述焊料还包含有用于改进其强度和润湿性的辅助组分，所述辅助组分是Cr（铬）和/或Al（铝），其总量占焊料的重量百分比不超过0.5％。

本发明实施例的制备方法如下：

1）使用中频电磁炉在1200℃的温度环境及惰性气氛下制备Sn（锡）-Ni（镍）中间合金；

2）使用箱式炉在600℃的温度环境及空气气氛下，在步骤1所制备的Sn（锡）-Ni（镍）中间合金中加入Cu（铜）、Bi（铋）及辅助组分，熔炼制成成品。

本发明第一实施例的焊料中，Cu（铜）占焊料的重量百分比为0.7％，Bi（铋）占焊料的重量百分比为1％，Ni（镍）占焊料的重量百分比为0.05％，本发明第一实施例的焊料经测定，相比现有的SnCu（锡铜）焊料，其熔点下降2℃，其抗拉强度提高10％以上，其润湿性提高20％以上，在150℃的温度环境下经过16天老化后，焊点界面IMC厚度相比现有的SnCu（锡铜）焊料减少2μm，对不锈钢的腐蚀也明显降低，所述现有的SnCu（锡铜）焊料中，Cu（铜）占焊料的重量百分比为0.7％，余量为Sn（锡）。

本发明第二实施例的焊料中，Cu（铜）占焊料的重量百分比为0.7％，Bi（铋）占焊料的重量百分比为3％，Ni（镍）占焊料的重量百分比为0.05％，本发明第二实施例的焊料经测定，相比现有的SnCu（锡铜）焊料，其熔点下降5℃，其抗拉强度提高20％以上，其润湿性提高30％以上，在150℃的温度环境下经过16天老化后，焊点界面IMC厚度相比现有的SnCu（锡铜）焊料减少2μm，对不锈钢的腐蚀也明显降低，所述现有的SnCu（锡铜）焊料中，Cu（铜）占焊料的重量百分比为0.7％，余量为Sn（锡）。

本发明实施例提供的焊料可以用在很多领域，如做成焊条、焊丝、焊片、焊球、焊粉、焊膏等，这些产品可以用在电子封装或组装的各个焊接环节，如电子封装中芯片上丝网印刷形成电极凸点（Bump）、芯片粘贴，BGA、CSP焊球，回流焊、波峰焊等SMT组装，各种电子封装用基板、印刷电路版焊点形成，以及各种修补焊、手工焊等。

Claims

1.一种Sn-Cu-Bi-Ni无铅焊料，所述焊料包含有Sn和Cu，其特征在于：所述焊料还包含有Bi和Ni，其中Cu占焊料的重量百分比为0.5～0.8％，Bi占焊料的重量百分比为1～3％，Ni占焊料的重量百分比为0.01～0.1％。

2.根据权利要求1所述的焊料，其特征在于：Bi占焊料的重量百分比为1.5～2％。

3.根据权利要求1所述的焊料，其特征在于：Ni占焊料的重量百分比为0.03～0.05％。

4.根据权利要求1所述的焊料，其特征在于：所述焊料还包含有辅助组分，所述辅助组分是Cr和/或Al，其总量占焊料的重量百分比不超过0.5％。