本发明专利技术公开了一种SnBiSb系低温无铅焊料及其制备方法，属于低温软钎料技术领域。该无铅焊料的重量百分比组成为：Bi 32.8‑56.5％，Sb 0.7‑2.2％，其余为Sn，且Bi和Sb的重量百分比满足关系式b＝0.006a2‑0.672a+19.61+c，其中a为Bi的重量百分比，b为Sb的重量百分比，c的取值范围为‑1.85≤c≤1.85。本发明专利技术还公开了该无铅焊料的制备方法。本发明专利技术的焊料合金为包共晶或近包共晶组织，熔点低，并具有优良的力学性能及可靠性，适用于低温软钎焊领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种SnBiSb系低温无铅焊料及其制备方法，特别涉及一种用于低温软钎焊领域的SnBiSb-X无铅焊料合金及其制备方法，属于低温软钎料
技术介绍
随着电子产品的无铅化和向轻薄、高功能方向的迅速发展，当前SMT中主要使用的无铅焊料SnAgCu系(特别是SAC305)，由于焊料熔点偏高(200℃～230℃)，回流焊工艺中新型轻薄微小的芯片对温度非常敏感，而SMT工艺中常见的如Head-On-Pillow(HoP)、Solder BridCu Defect、Stretched Joint、Non-Contact Open(NCO)等BGA元件焊接时因高温引起的焊点缺陷问题也是越来越突出，因此低温锡焊料(包括但不限于锡膏、锡丝、锡条)的市场需求十分迫切。现有技术中低温焊料主要为SnBi系、SnIn系，但由于In的价格昂贵，因此SnIn系焊料的产业化受到限制。SnBi系常被应用于低温焊接的场合，特别是SnBi58焊料。然而由于Bi本身的脆性，特别是Sn-Bi共晶合金在焊接过程中，组织中Sn和Cu基板反应形成Sn-Cu金属间化合物，导致这一局部区域Sn的相对量减少，Bi相对含量增多，SnBi合金由共晶体系偏向过共晶，初生Bi相析出，初生Bi相偏聚与在靠近基板处，形成了富Bi带。富Bi带的出现，成为了整个焊点最薄弱的区域，严重的影响了焊点的结合强度，这均使得SnBi系焊料的研究和使用一直处于低靡状态。国内外关于Bi脆这一问题进行了一系列研究，发现在Sn-Bi焊料中加入微量Ag、Cu，一定程度上能够改善脆性。摩托罗拉专利公开的SnBi57Ag1合金，Fuji专利US 6,156,132中开发的SnBi35Ag1合金，及CN200610089257.4/CN 200710121380.4专利公开的SnBiCu合金等合金焊料在一定程度上抑制了焊接凝固过程中Bi元素在基板附近的偏析，但其焊接界面处都不能完全避免富Bi层薄弱带的出现，本质上均未解决焊点可靠性差的问题。专利CN 105451928 A公开了一种SnBiSb专利，同样是在SnBi二元合金中添加少量Sb元素，以改善SnBi合金焊料的力学性能，并未从根本上解决SnBi焊料脆性低、可靠性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种低温软钎焊领域的新型SnBiSb-X无铅焊料合金，该合金熔点低，该焊料可从根本上解决SnBi焊料的脆性及可靠性差的问题。本专利技术的新型SnBiSb低温无铅焊料合金，合金组织为包共晶或近包共晶合金，晶粒细小，同时由于Sb元素和Bi无限固溶，可最大限度的消除凝固过程中“Sn缩Bi涨”引起的应力集中，实现共同分担应力的效果，从而从根本上解决SnBi焊料脆性差的问题。同时SnBiSb-X焊料合金能够解决焊接过程中因温度高而引起的微小芯片及BGA、CSP等出现的被焊件翘曲、变形、枕头而带来的一系列焊接质量问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种SnBiSb系低温无铅焊料，属于低温软钎焊领域用无铅焊料合金，该无铅焊料合金重量百分比组成为：Bi 32.8-56.5％，Sb 0.7-2.2％，其余为Sn及少量不可避免的杂质，且该焊料合金中Bi和Sb的重量百分比满足关系式b＝0.006a2-0.672a+19.61+c，其中a值为Bi的重量百分比，b值为Sb的重量百分比，c的取值范围为-1.85≤c≤1.85。该无铅焊料合金中，Bi和Sb的重量百分比优选为：Bi 41.8-50％，Sb 0.7-2.0％。c的取值范围优选为-1.85≤c≤-0.001或0.001≤c≤1.85或-1.5≤c≤-0.005或0.005≤c≤1.5或-1.5≤c≤-0.008或0.008≤c≤1.5，更优选为-1.0≤c≤-0.05或0.05≤c≤1.0或-0.5≤c≤-0.05或0.05≤c≤0.5。所述的无铅焊料合金还包括Ce、Ti、Cu、Ni、Ag和In中的一种或两种以上的金属元素。所述Ce的重量百分比为0.01-2.5％，其中Ce的重量百分比优选为0.01-2.5％，更优选为0.03-2.0％。所述Ti的重量百分比为0.05-2.0％，其中Ti的重量百分比优选为0.1-1.8％，更优选为0.5-1.5％。所述Cu的重量百分比为0.01-0.8％，其中Cu的重量百分比优选为0.01-0.5％，更优选为0.02-0.3％。所述Ni的重量百分比为0.03-1.5％，其中Ni的重量百分比优选为0.05-1.5％，更优选为0.3-1.0％。所述Ag的重量百分比为0.1-1％，其中Ag的重量百分比优选为0.3-1％，更优选为0.3-0.5％。所述In的重量百分比为0.05-1％，其中In的重量百分比优选为0.1-0.8％，更优选为0.3-0.5％。一种低温装连焊锡膏领域用无铅焊料合金的制备方法，该方法包括以下步骤：1)制备Bi-Sb中间合金；或者制备Bi-Sb中间合金及Sn-Ce、Sn-Ti、Sn-Cu、Sn-Ni和Sn-Ag中间合金中的一种或几种；2)将已制成的Bi-Sb中间合金、金属Sn和Bi，或Bi-Sb中间合金、金属Sn、Bi及Sn-Ce中间合金、Sn-Ti中间合金、Sn-Cu中间合金、Sn-Ni中间合金、Sn-Ag中间合金和金属In中的一种或几种，按一定的合金配比在熔炼炉中熔化；在所述合金表面覆盖防氧化溶剂，将合金加热至250～500℃，保温10～20min，除掉表面氧化渣，浇注于模具中制成SnBiSb系无铅焊料合金锭坯；所述SnBiSb系无铅焊料合金中Bi和Sb的重量百分比需满足关系b＝0.006a2-0.672a+19.61+c，其中a值为Bi的重量百分比，b值为Sb的重量百分比，c取值范围为-1.85≤c≤1.85。其中步骤1)中所述Bi-Sb中间合金的制备方法包括如下步骤：分别将纯度为99.99％(wt.％)的Bi和Sb按照一定的合金配比加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10-2-×10-1Pa，充入氮气后，加热到650-700℃熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后真空浇铸，制备出Bi-Sb中间合金。所述的Bi-Sb中间合金可为BiSb20中间合金。其中步骤1)中Sn-Ce、Sn-Ti、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Ag中间合金的制备方法包括如下步骤：分别将纯度为99.99％(wt.％)的Sn和Ce、Sn和Ti、Sn和Cu、Sn和Ni或者Sn和Ag，按一定的合金配比加入到真空熔炼炉中，抽真空处理至1×10-2-×10-1Pa，充入氮气后；分别将合金加热到400-1650℃熔化，同时加以电磁搅拌，以使合金成分均匀，然后真空浇铸，制备出Bi-Sb、Sn-Ce、Sn-Ti、Sn-Cu、Sn-Ni或Sn-Ag中间合金。其中Sn-Ce中间合金可为SnCe10，Sn-Ti中间合金可为SnTi20，Sn-Cu中间合金可为SnCu20，Sn-Ni中间合金可为SnNi5，Sn-Ag中间合金可为SnAg20。其中步骤2)中所述的防氧化溶剂为松香或KCL-LiCl熔盐。采用本专利技术的SnBiSb系低温无铅焊料所形成的焊点或焊缝，所述的焊点或焊缝采用通用的焊膏回流、波峰焊接，或者热熔化焊接而成，所述的热熔化焊接包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种SnBiSb系低温无铅焊料，其特征在于：该无铅焊料的重量百分比组成为：Bi 32.8‑56.5％，Sb 0.7‑2.2％，其余为Sn，且Bi和Sb的重量百分比满足关系式b＝0.006a2‑0.672a+19.61+c，其中a为Bi的重量百分比，b为Sb的重量百分比，c的取值范围为‑1.85≤c≤1.85。
【技术特征摘要】
1.一种SnBiSb系低温无铅焊料，其特征在于：该无铅焊料的重量百分比组成为：Bi 32.8-56.5％，Sb 0.7-2.2％，其余为Sn，且Bi和Sb的重量百分比满足关系式b＝0.006a2-0.672a+19.61+c，其中a为Bi的重量百分比，b为Sb的重量百分比，c的取值范围为-1.85≤c≤1.85。2.根据权利要求1所述的SnBiSb系低温无铅焊料，其特征在于：所述的无铅焊料中，按照重量百分比，Bi为41.8-50％，Sb为0.7-2.0％。3.根据权利要求1所述的SnBiSb系低温无铅焊料，其特征在于：所述的无铅焊料中，c的取值范围为-1.85≤c≤-0.001、0.001≤c≤1.85、-1.5≤c≤-0.005、0.005≤c≤1.5、-1.5≤c≤-0.008或0.008≤c≤1.5。4.根据权利要求1所述的SnBiSb系低温无铅焊料，其特征在于：所述的无铅焊料合金还包括Ce、Ti、Cu、Ni、Ag和In中的一种或两种以上的金属元素。5.根据权利要求4所述的SnBiSb系低温无铅焊料，其特征在于：所述Ce的重量百分比为0.01-2.5％，所述Ti的重量百分比为0.05-2.0％，所述Cu的重量百分比为0.01-0.8％，所述Ni的重量百分比为0.03-1.5％，所述Ag的重量百分比为0.1-1％，所述In的重量百分比为0.05-1％。6.权利要求1-5中任一项所述的SnBiSb系低温无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：1)制备Bi-Sb中间合金；或者制备Bi-Sb中间合金及Sn-Ce、Sn-Ti、Sn-Cu、Sn-Ni和Sn-Ag中间合金中的一种或几种；2)将已制成的Bi-Sb中间合金、金属Sn和Bi，或Bi-Sb中间合金、金属Sn、Bi及Sn-Ce中间合金、Sn-Ti中间合金、Sn-Cu中间合金、Sn-Ni中间合金、Sn-Ag中间合金和金属In中的一种或几种，按合金配比在熔炼...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺会军，孙彦斌，刘希学，王志刚，胡强，安宁，张品，张富文，张江松，
申请(专利权)人：北京康普锡威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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