一种无铅钎料合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无铅钎料合金及制备方法，属于电子封装与材料技术领域。各组分按质量百分比，包括Zn：8～10％，Bi：2％～4％，至少含有Al：0.05～0.5％，Mg：0.05～0.5％，中的一种，余量为Sn。本发明专利技术公开的Sn

【技术实现步骤摘要】
一种无铅钎料合金及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种电子封装材料，尤其涉及一种无铅钎料合金及制备方法。

技术介绍

[0002]在电子封装领域中，传统的Sn
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Pb钎料具有廉价、易焊接、成形美观、综合力学性能优良等特点一直被广泛应用于电子行业。然而，Pb是一种有毒物质，长期使用含铅钎料对环境和人类健康构成巨大威胁。随着人类对环境保护的意识逐渐增强，世界各国都通过法律限制电子产品中使用含铅钎料，传统的Sn
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Pb钎料正逐渐被无铅钎料所取代。经过不断的创新研究，候选无铅钎料主要有Sn
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Cu、Sn
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Zn、Sn
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Ag、Sn
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Ag
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Cu、Sn
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Bi及Sn
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In等，且Sn
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Cu、Sn
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Ag及Sn
‑
Ag
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Cu无铅钎料已进行了商业化生产和应用。
[0003]Sn
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Ag
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Cu是目前应用最广泛的无铅钎料，力学性能高于传统的Sn
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Pb钎料。然而，工艺性能和成本，包括抗氧化性、润湿性及抗腐蚀性，都难以与传统的Sn
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Pb钎料相比，其推广应用也明显受到限制。相比于其它合金钎料，Sn
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Zn共晶钎料具有成本低，来源广，熔点低等优点，是一种极具开发潜力的无铅钎料。但Zn元素极易被氧化，会形成稳定的氧化物，恶化钎料的润湿性，同时还会降低Sn
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Zn钎料的抗腐蚀性。相比传统的Sn
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Pb钎料，Sn
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Zn系钎料的力学性能也仍显不足。因此，通常在Sn
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Zn钎料中添加其它合金元素的手段来提高钎料的性能，添加Bi可以明显提高Sn
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Zn钎料的润湿性降低钎料的熔点，提高焊点的力学性能。因此，Sn
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Zn
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Bi钎料合金被认为是有非常前途的无铅焊料。随着电子器件焊点的微型化，对焊点的服役的环境要求的越来越严格，由此带来无铅钎料性能要求也越来越高。因此，通过对无铅钎料进行合金化改性，开发高工艺性能和力学性能的无铅钎料，具有明显的应用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要提供一种无铅钎料合金及制备方法。适量的Mg和Al添加可以细化钎料组织，减少界面IMC的厚度，提高钎料的铺展性和硬度，增加焊点服役过程中的可靠性。同时，Al和Mg的熔点较低，抗氧化性能好，资源丰富。因此，Sn
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Zn
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Bi系钎料中添加适量的Mg和Al，提高钎料的抗氧化性、降低熔点和提高力学性能，具有广阔的应用前景。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0006]本专利技术无铅钎料合金采用Al或Mg的一种和Zn、Bi和Sn制成，按质量百分比，Al的含量为0.05～0.5％，Mg的含量为0.05～0.5％，Zn的含量为8～10％，Bi的含量为2％～4％，余量为Sn。
[0007]优选的，按质量百分比，Zn含量9％，Bi含量3％，Mg含量为0.1％～0.3％，Al含量为0.1％～0.3％。
[0008]本专利技术无铅钎料合金的制备方法包括以下步骤：
[0009]S1：将Sn与Al或Mg放置在真空熔炼炉中熔炼后冷却到室温后得到Sn
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10Al和Sn
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10Mg的中间合金；优选的，真空熔炼炉真空度为小于1Pa，熔炼温度为800～900℃，保温45
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60min。
[0010]S2：将步骤S1得到的Sn
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10Al和Sn
‑
10Mg中间合金与Zn、Bi、Sn充分混合后放入石墨坩埚，并撒上覆盖剂；覆盖剂为质量比1.3:1.0的KCI:LiCl熔盐。
[0011]S3：将石墨坩埚放入熔炼炉中熔炼、保温搅拌均匀后浇铸成锭，即可得到Sn
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Zn
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Bi系的无铅钎料合金。熔炼温度为450～500℃，保温时间90
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120min。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术是一种无铅钎料合金及制备方法，与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0014]1.本专利技术的Sn
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Zn
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Bi系无铅钎料合金，不含铅和银，具有环保、低成本的优点，焊接性能好的效果。
[0015]2.本专利技术的Sn
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Zn
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Bi系无铅钎料具有较好的抗腐蚀性、润湿性，成本低等优点，是一种新型低成本、高性能的无铅钎料。金属元素Bi提高钎料的力学性能和显著降低钎料熔点，金属活性元素Al或Mg可以降低合金熔点、提高钎料的抗氧化性能和力学性能。本专利技术添加的Al、Mg、Bi及Zn原料来源广泛，成本也相对较低、制备工艺简单，容易简单，有很好的发展前景。综合考虑多重因素，本专利技术具有较好的实用性与性价比。
附图说明
[0016]图1不同Al或Mg含量的Sn
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9Zn
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3Bi无铅钎料合金的熔点；
[0017]图2不同Al或Mg含量的Sn
‑
9Zn
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3Bi无铅钎料合金的平均维氏硬度值；
[0018]图3不同Al或Mg含量的Sn
‑
9Zn
‑
3Bi无铅钎料合金的铺展面积。
具体实施方式
[0019]下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步描述，在此专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0020]本专利技术的目的是针对Sn
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Zn
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Bi钎料合金存在的抗氧化性差，熔点较高及润湿性不佳等问题，通过在Sn
‑
Zn
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Bi钎料合金中添加适量的Mg和Al，降低无铅钎料的熔点、提高钎料的抗氧化性和力学性能，以获得具有价格低廉、熔炼工艺简单、综合性能良好的Sn
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Zn
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Bi系无铅钎料合金，同时公开了其制备方法。
[0021]本专利技术的Sn
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Zn
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Bi系无铅钎料的各组合合金元素的功能和作用如下：
[0022]Zn元素可以改善钎料抗拉强度、蠕变抗力和热疲劳性能；
[0023]Bi元素可以显著降低钎料熔点，提高钎料润湿性和力学性能；
[0024]Al元素可以降低钎料熔点，提高钎料抗氧化性和力学性能；
[0025]Mg元素可以降低钎料熔点，提高钎料抗氧化性和力学性能。
[0026]本专利技术无铅钎料合金采用Al或Mg的一种和Zn、Bi和Sn制成，按质量百分比，Al的含量为0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅钎料合金，其特征在于：采用Al或Mg的一种和Zn、Bi和Sn制成，按质量百分比，Al的含量为0.05～0.5％，Mg的含量为0.05～0.5％，Zn的含量为8～10％，Bi的含量为2％～4％，余量为Sn。2.根据权利要求1所述的无铅钎料合金，其特征在于：按质量百分比，Zn含量9％，Bi含量3％，Mg含量为0.1％～0.3％，Al含量为0.1％～0.3％。3.一种如权利要求1所述无铅钎料合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将Sn与Al或Mg放置在真空熔炼炉中熔炼后冷却到室温后得到Sn
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10Al和Sn
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10Mg的中间合金；S2：将步骤S1得到的Sn
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10Al和Sn
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10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韩冰，涂文斌，王善林，陈玉华，谢吉林，张体明，吴集思，刘冠鹏，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：