焊料合金及其制备方法技术

本申请涉及焊料合金的制备方法，本公开的制备方法，通过称取质量配比为第一质量的Sn进行加热，称取质量配比为第二质量的Ag与Sn进行均匀混合，得到SnAg合金，称取质量配比为第三质量的Cu，与得到的SnAg合金中进行均匀混合，得到SnAgCu合金，称取质量配比为第四质量的Sb，将Sb与SnAgCu合金进行均匀混合，得到第一SnAgCuSb合金，称取质量配比为第五质量的Sn，并与第一SnAgCuSb合金进行均匀混合后，得到第二SnAgCuSb合金，将第二SnAgCuSb合金进行加热，冷却后得到SnxAgyCuzSbp无铅焊料锭坯。其具有更小的疲劳形变量，即具有更好的抗疲劳特性和更高的强度。

【技术实现步骤摘要】
焊料合金及其制备方法
本公开涉及电子封装用焊料
，尤其涉及一种焊料合金及其制备方法。
技术介绍
随着人们对环保的呼声日益高涨以及发达国家限制或禁止使用含铅焊料立法的实施，无铅焊料逐步取代传统的铅锡焊料成为电子封装领域的主要焊接材料。国际上公认的无铅焊料是以Sn为基体，添加一定量的Cu、Ag、Zn、In等其他合金元素，而Pb的质量分数在0.1％以下，主要用于电子组装的软钎料合金。目前被业界广泛认同的无铅焊料合金主要有SnAg系、SnCu系以及SnAgCu系，其中SnAgCu系是综合性能最好的焊料，被广泛应用在回流焊、波峰焊、手工焊以及浸焊等工艺中。这种合金不仅熔点低且具有良好的物理性能和润湿性，因此成为各种无铅焊接工艺中的首选候补焊料；但是，由于Sn含量较高，焊点易于脆化、疲劳失效率较高。实验证明，采用SnAgCu焊料进行焊接的功率器件，经过500次的高低温循环试验之后进行芯片剪切力测试时，芯片的剪切力明显降低。其主要原因为经过高低温循环试验后，SnAgCu焊料发生疲劳形变，且对DBC的相对形变量较大，从而降低芯片与DBC之间的粘接强度，最终影响器件的使用可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种焊料合金的制备方法，其特征在于，包括：称取第一质量的Sn加入熔炉中进行加热，加热至第一温度时，称取第二质量的Ag并加入所述熔炉中与Sn混合均匀，加热至第二温度进行第一次熔炼得到SnAg合金；称取第三质量的Cu加入到所述熔炉中与所述第一次熔炼中得到的所述SnAg合金混合均匀，加热至第三温度进行第二次熔炼得到SnAgCu合金；称取第四质量的Sb，将所述Sb加入至所述熔炉中与所述第二次熔炼得到的所述SnAgCu合金进行均匀混合，加热至第四温度进行第三次熔炼得到第一SnAgCuSb合金；称取第五质量的Sn加入所述熔炉中与所述第三次熔炼得到的所述第一SnAgCuSb合金混合均匀后冷却，得到第二SnAgCuSb合金；将所述第二SnAgCuSb合金进行加热，使其温度到达第五温度进行浇铸，冷却后得到SnxAgyCuzSbp无铅焊料锭坯；其中，x的取值范围为：90.1～91.1，y的取值范围为：3.0～3.4，z的取值范围为：0.5～0.9，p的取值范围为：5.0～6.0。在一种可能的实现方式中，所述熔炉内充有保护气体或所述熔炉内为真空环境；其中，所述保护气体为惰性气体，所述保护气体的浓度大于或等于95％；在所述熔炉内充有保护气体时，所述熔炉内的气压取值范围为：1×103Pa—1.2×103Pa；在所述熔炉内为真空环境时，所述熔炉内的气压取值范围为：1×10-3Pa—7×10-3Pa。在一种可能的实现方式中，在所述第一次熔炼中，熔炼时间的取值范围为：20分钟—25分钟；在所述第二次熔炼中，所述熔炼时间的取值范围为：5分钟—15分钟；在所述第三次熔炼中，所述熔炼时间的取值范围为：5分钟—10分钟。在一种可能的实现方式中，所述均匀混合的方法包括搅拌；其中，在采用搅拌的方式进行均匀混合时，所采用的搅拌棒为石墨棒；搅拌方式为匀速搅拌。在一种可能的实现方式中，搅拌速率的取值范围为：300r/min—500r/min。在一种可能的实现方式中，所述保护气体为六氟化硫和二氧化碳的混合气体。在一种可能的实现方式中，所述第一温度的取值范围为300℃～350℃；所述第二温度的取值范围为430℃～450℃；所述第三温度的取值范围为450℃～500℃；所述第四温度的取值范围为450℃～500℃；所述第五温度的取值范围为400℃～450℃。在一种可能的实现方式中，所述冷却的冷却方式为自然冷却。在一种可能的实现方式中，所述第一温度的取值为300℃；所述第二温度的取值为430℃；所述第三温度的取值为450℃；所述第四温度的取值为460℃；所述第五温度的取值为420℃。根据本公开的另一方面，还公开了一种焊料合金，其通过前面任一所述的制备方法制得；所述焊料合金得通式为SnxAgyCuzSbp；其中，x为Sn的质量百分比，且x的取值范围为：90.1～91.1；y为Ag的质量百分比，且y的取值范围为：3.0～3.4；z为Cu的质量百分比，且z的取值范围为：0.5～0.9；p为Sb的质量百分比，且p的取值范围为：5.0～6.0。本公开的制备方法，通过称取质量配比为第一质量的Sn进行加热，加热至第一温度时，称取质量配比为第二质量的Ag与所述Sn进行均匀混合，加热至第二温度，得到SnAg合金，称取质量配比为第三质量的Cu，与得到的所述SnAg合金中进行均匀混合，加热至第三温度，得到SnAgCu合金，称取质量配比为第四质量的Sb，将所述Sb与所述SnAgCu合金进行均匀混合，加热至第四温度，得到第一SnAgCuSb合金，称取质量配比为第五质量的Sn，并与所述第一SnAgCuSb合金进行均匀混合后，并进行冷却，得到第二SnAgCuSb合金，将所述第二SnAgCuSb合金进行加热，使其温度到达第五温度，冷却后得到SnxAgyCuzSbp无铅焊料锭坯，其中，x的取值范围为：90.1～91.1，y的取值范围为：3.0～3.4，z的取值范围为：0.5～0.9，p的取值范围为：5.0～6.0，各选取5只DBC板分别采用SnxAgyCuzSbp无铅焊料与现有技术中的SnAg3Cu0.5无铅焊料焊接在镀镍的铜地板上，并对焊接完成的样品进行0℃～125℃条件下的温度循环试验，高温和低温保持时间不少于10分钟，试验完成后通过测量铜底板的弧度形变量来表征焊料的形变量。试验结果显示，在经过100次温度循环试验后，采用SnxAgyCuzSbp无铅焊料的样品底板弧度形变量平均值为0.22mm，采用SnAg3Cu0.5无铅焊料的样品底板弧度形变量平均值为0.28mm；在经过500次温度循环试验后，采用SnxAgyCuzSbp无铅焊料样品的底板弧度形变量平均值为0.34mm，采用SnAg3Cu0.5无铅焊料样品的底板弧度形变量平均值为0.42mm。可以看出，SnxAgyCuzSbp无铅焊料具有更小的疲劳形变量，即具有更好的抗疲劳特性和更高的强度。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出本公开实施例的焊料合金的制备方法的流程图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊料合金的制备方法，其特征在于，包括：/n称取第一质量的Sn加入熔炉中进行加热，加热至第一温度时，称取第二质量的Ag并加入所述熔炉中与Sn混合均匀，加热至第二温度进行第一次熔炼得到SnAg合金；/n称取第三质量的Cu加入到所述熔炉中与所述第一次熔炼中得到的所述SnAg合金混合均匀，加热至第三温度进行第二次熔炼得到SnAgCu合金；/n称取第四质量的Sb，将所述Sb加入至所述熔炉中与所述第二次熔炼得到的所述SnAgCu合金进行均匀混合，加热至第四温度进行第三次熔炼得到第一SnAgCuSb合金；/n称取第五质量的Sn加入所述熔炉中与所述第三次熔炼得到的所述第一SnAgCuSb合金混合均匀后冷却，得到第二SnAgCuSb合金；/n将所述第二SnAgCuSb合金进行加热，使其温度到达第五温度进行浇铸，冷却后得到SnxAgyCuzSbp无铅焊料锭坯；/n其中，x的取值范围为：90.1～91.1，y的取值范围为：3.0～3.4，z的取值范围为：0.5～0.9，p的取值范围为：5.0～6.0。/n

【技术特征摘要】
1.一种焊料合金的制备方法，其特征在于，包括：
称取第一质量的Sn加入熔炉中进行加热，加热至第一温度时，称取第二质量的Ag并加入所述熔炉中与Sn混合均匀，加热至第二温度进行第一次熔炼得到SnAg合金；
称取第三质量的Cu加入到所述熔炉中与所述第一次熔炼中得到的所述SnAg合金混合均匀，加热至第三温度进行第二次熔炼得到SnAgCu合金；
称取第四质量的Sb，将所述Sb加入至所述熔炉中与所述第二次熔炼得到的所述SnAgCu合金进行均匀混合，加热至第四温度进行第三次熔炼得到第一SnAgCuSb合金；
称取第五质量的Sn加入所述熔炉中与所述第三次熔炼得到的所述第一SnAgCuSb合金混合均匀后冷却，得到第二SnAgCuSb合金；
将所述第二SnAgCuSb合金进行加热，使其温度到达第五温度进行浇铸，冷却后得到SnxAgyCuzSbp无铅焊料锭坯；
其中，x的取值范围为：90.1～91.1，y的取值范围为：3.0～3.4，z的取值范围为：0.5～0.9，p的取值范围为：5.0～6.0。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炉内充有保护气体或所述熔炉内为真空环境；
其中，所述保护气体为惰性气体，所述保护气体的浓度大于或等于95％；
在所述熔炉内充有保护气体时，所述熔炉内的气压取值范围为：1×103Pa—1.2×103Pa；
在所述熔炉内为真空环境时，所述熔炉内的气压取值范围为：1×10-3Pa—7×10-3Pa。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述第一次熔炼中，熔炼时间的取值范围为：20分钟—25分钟；
在所述第二次熔炼中，所述熔炼时间的取值范围为：5分钟—10分钟；
在所述第三次熔炼中，所述熔炼时间的取值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，王志成，温景超，
申请(专利权)人：威海新佳电子有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37