專利名稱：低銀無鉛釬料的制作方法
技術領域：
一種低銀無鉛釬料，屬于微電子行業表面組裝技術領域。
背景技術：
歐盟《廢舊電子電器產品指令》(Directive on Waste Electrical and Electronic Equipment)和《關于電子電器產品限制使用某些有害物質的指令》(Directive on Restrictive of Use ofCertain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)的兩個指令正式開始生效，即自2006年7月1日起在歐洲市場上銷售的電力電子產品必須為無鉛產品。隨著實施日期的迫近，無鉛釬料在微電子行業表面組裝技術領域中的應用已經是不可回避。
在無鉛釬料的相關專利中，涉及SnAgCu合金系列的專利有多項，其中多數包含多元合金，如US 6325279(申請日2000年5月10日，
公開日2001年12月4日)為SnAgCuBiIn，由于In的存在，使釬料成本大幅度提高；US 5817194(申請日1997年1月6日，1998年10月6日)為SnAgCuNiP。這些專利中合金元素種類多，冶煉過程中合金元素加入困難。
目前普遍公認的SnAgCu系列無鉛釬料，有美國專利US 5527628(申請日1995年2月24日，
公開日1996年6月18日)，其中Ag含量為重量比3.5～7.7％；日本專利JP 05-050286(申請日1996年3月)，其中Ag含量為重量比3-5％，這兩個專利中Ag的含量高，成本高；美國專利US 5405577(申請日1994年4月11日，
公開日1995年4月11日)，含Sb。包括目前美國推薦的Sn-3.9Ag-0.6Cu，歐盟推薦的Sn-3.8Ag-0.7Cu以及日本推薦的Sn-3.0Ag-0.5Cu，Ag的重量比含量都不小于3.0％，由此帶來的問題是1)成本上升，目前Ag的價格已超出1600元/千克，而且在未來大量使用SnAgCu系列無鉛釬料時，由于Ag的大量消耗，Ag的價格將進一步上升；2)釬料合金中Ag的增多，將導致Ag3Sn金屬間化合物增多，由于Ag3Sn金屬間化合物在釬料組織中呈長條狀，嚴重影響釬料及接頭的力學性能，降低接頭的可靠性；3)Ag有助于電遷移現象的發生，引起橋接短路。降低Ag的含量，可以降低釬料成本，減少組織中長條狀的Ag3Sn金屬間化合物，減弱電遷移現象的發生，從而提高接頭的可靠性。
發明內容
本發明針對現有技術存在的問題，提供了一種合金組元較少，含Ag量較低，成本低，同時合金熔化溫度區間小，抗拉強度和延伸率高，鋪展面積大的低銀無鉛釬料。
本發明所提供的低銀無鉛釬料，其特征在于含有重量百分比為2.0～2.9％的Ag，1.2～2.2％的Cu，0.025～1％的市售La/Ce混合稀土，其余為Sn。
本發明所提供的低銀無鉛釬料，其特征在于含有重量百分比為2.4～2.9％Ag，1.2～1.7％的Cu，0.05～0.5％的市售La/Ce混合稀土，其余為Sn。該技術方案為優選方案。
由于電子行業用無鉛釬料具有相近的熔化溫度(180～220℃)，同時為了防止冶煉過程中合金元素(特別是稀土元素)的燒損，本發明中無鉛釬料的制備采用現有技術全過程熔鹽保護法。具體釬料制備方法參見中國專利《含稀土抗腐蝕的錫鋅無鉛釬料及其制備方法》(申請號01131275.0(申請日2001年9月5日)，公開號CN1337293A(
公開日2002年2月27日)，申請人北京工業大學))，本發明是同一申請人北京工業大學本發明所提供的低銀無鉛釬料的制備采用的過程熔鹽保護法，包括以下步驟1.將氯化鋰和氯化鉀(重量百分比1∶1.3)的混合鹽在500～600℃下熔化后澆在純錫上；2.待錫完全熔化后，將Ag和Cu加入到錫液中，同時不斷攪拌，形成合金，將市售La/Ce混合稀土迅速壓入上述的熔融合金當中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化為止；3.在400～500℃保溫1～2小時，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置冷卻，待合金凝固后去除表面的混合鹽；4.在400℃將合金重新加熱熔化，然后在鑄模上澆成條狀待用。
該釬料可用于微電子組裝的手工焊、波峰焊和再流焊工藝，釬料中Ag重量比低于3.0％，成本較低，同時釬料的熔化溫度區間在213～220℃，有較好的力學性能，完全能夠滿足現有的微電子表面組裝要求；同時鋪展面積大，工藝性能良好；特別是銀含量降低以后，組織中的長條狀Ag3Sn金屬間化合物明顯減少。
下面通過若干實例的試驗數據以圖表的形式說明本發明低銀無鉛釬料的性能，并與在相同條件下獲得的傳統的SnAgCu釬料進行比較。
圖1傳統的Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料的顯微組織；圖2本發明實施例4的顯微組織。
具體實施例方式實施例1稱取130克氯化鉀、100克氯化鋰放入氧化鋁坩堝中，混合均勻，放入爐中加熱到600℃，熔化后澆在重量比95.875％的純錫上使錫完全熔化；在450℃下，將重量比2.6％的Ag和重量比1.5％的Cu加入到熔融的錫液中，同時不斷攪拌，使Ag、Cu熔化；將重量比為0.025％的市售混合La/Ce稀土迅速壓入上述的熔融合金中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化；在450℃保溫1小時，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置10分鐘后出爐冷卻，待合金凝固后去除表面的混合鹽。將合金重新放入400℃爐中加熱熔化，然后在鑄模上澆成條狀待用。
實施例2稱取130克氯化鉀、100克氯化鋰放入氧化鋁坩堝中，混合均勻，放入爐中加熱到600℃，熔化后澆在重量比95.55％的純錫上使錫完全熔化；在450℃下，將重量比2.0％的Ag和重量比2.2％的Cu加入到熔融的錫液中，同時不斷攪拌，使Ag、Cu熔化；將重量比為0.25％的市售混合La/Ce稀土迅速壓入上述的熔融合金中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化；在450℃保溫1小時，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置10分鐘后出爐冷卻，待合金凝固后去除表面的混合鹽。將合金重新放入400℃爐中加熱熔化，然后在鑄模上澆成條狀待用。
實施例3稱取130克氯化鉀、100克氯化鋰放入氧化鋁坩堝中，混合均勻，放入爐中加熱到600℃，熔化后澆在重量比95.9％的純錫上使錫完全熔化；在450℃下，將重量比2.4％的Ag和重量比1.2％的Cu加入到熔融的錫液中，同時不斷攪拌，使Ag、Cu熔化；將重量比為0.5％的市售混合La/Ce稀土迅速壓入上述的熔融合金中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化；在450℃保溫1小時，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置10分鐘后出爐冷卻，待合金凝固后去除表面的混合鹽。將合金重新放入400℃爐中加熱熔化，然后在鑄模上澆成條狀待用。
實施例4稱取130克氯化鉀、100克氯化鋰放入氧化鋁坩堝中，混合均勻，放入爐中加熱到600℃，熔化后澆在重量比95.35％的純錫上使錫完全熔化；在450℃下，將重量比2.9％的Ag和重量比1.7％的Cu加入到熔融的錫液中，同時不斷攪拌，使Ag、Cu熔化；將重量比為0.05％的市售混合La/Ce稀土迅速壓入上述的熔融合金中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化；在450℃保溫1小時，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置10分鐘后出爐冷卻，待合金凝固后去除表面的混合鹽。將合金重新放入400℃爐中加熱熔化，然后在鑄模上澆成條狀待用。
實施例5稱取130克氯化鉀、100克氯化鋰放入氧化鋁坩堝中，混合均勻，放入爐中加熱到600℃，熔化后澆在重量比93.9％的純錫上使錫完全熔化；在450℃下，將重量比2.9％的Ag和重量比2.2％的Cu加入到熔融的錫液中，同時不斷攪拌，使Ag、Cu熔化；將重量比為1.0％的市售混合La/Ce稀土迅速壓入上述的熔融合金中，并不斷攪拌，直至稀土完全熔化；在450℃保溫1小時，不斷攪拌，使合金均勻化。靜置10分鐘后出爐冷卻，待合金凝固后去除表面的混合鹽。將合金重新放入400℃爐中加熱熔化，然后在鑄模上澆成條狀待用。
表1是本發明與傳統SnAgCu釬料成分表，表中均為重量百分比。同時還給出了釬料的液相線溫度和固相線溫度。釬料的液相線溫度和固相線溫度是通過冷卻曲線的方法測得的。從表1中可以看出，本發明實施例1～5具有與SnAgCu無鉛釬料相近的熔化溫度范圍，適合目前的無鉛釬料工藝條件。
表2是本發明實例1～5與傳統SnAgCu無鉛釬料抗拉強度、延伸率及鋪展面積的比較。從表中可以看出，本發明實例1～5的抗拉強度和延伸率及鋪展面積都較大，適用于微電子行業表面組裝。
表1圖1是傳統的Sn-3.8Ag-0.7Cu釬料的顯微組織，在Sn-3.8Ag-0.7Cu組織中較為普遍的是β-(Sn)+Ag3Sn二元共晶組織。然而，過多的這種長條狀共晶組織對合金的力學性能會造成不利的影響。圖2是本發明實施例4的顯微組織。可以看出，其組織與Sn-3.8Ag-0.7Cu類似。但本發明實施例4中銀含量少，長條狀Ag3Sn少。
表2
權利要求
1.一種低銀無鉛釬料，其特征在于含有重量百分比為2.0～2.9％的Ag，1.2～2.2％的Cu，0.025～1％的市售La/Ce混合稀土，其余為Sn。
2.根據權利要求1所述的低銀無鉛釬料，其特征在于含有重量百分比為2.4～2.9％Ag，1.2～1.7％的Cu，0.05～0.5％的市售La/Ce混合稀土，其余為Sn。
全文摘要
一種低銀無鉛釬料屬于微電子行業表面組裝技術領域。其特征是含有重量百分比為2.0～2.9％的Ag，1.2～2.2％的Cu，0.025～1％的市售La/Ce混合稀土，其余為Sn。本發明提供了一種合金組元較少，含Ag量較低，成本低，同時合金熔化溫度區間小，抗拉強度和延伸率高，鋪展面積大的低銀無鉛釬料。該釬料可用于微電子組裝的手工焊、波峰焊和再流焊工藝，釬料中Ag重量比低于3.0％，成本較低，同時釬料的熔化溫度區間在213～220℃，有較好的力學性能，完全能夠滿足現有的微電子表面組裝要求；同時鋪展面積大，工藝性能良好；特別是銀含量降低以后，組織中的長條狀Ag
文檔編號B23K35/26GK1544197SQ20031011538
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月21日 優先權日2003年11月21日
發明者雷永平, 夏志東, 史耀武, 李曉延, 劉建萍, 郭福, 馬秀玲 申請人:北京工業大學