[发明专利]含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu无铅钎料

说明书

一、技术领域

含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu无铅钎料，主要用于表面组装及封装领域，是一种钎焊性能(如润湿性能)良好、焊点力学性能特别是抗蠕变能力优良的新型无铅钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。

二、背景技术

由于电子行业无铅化的需要，无铅钎料的研究已受到世界各国的重视。近年来，无铅钎料的研发已取得了一定的成就，已研发出许多无铅钎料，但是仍然满足不了电子行业的需要。目前电子行业应用最广泛的无铅钎料主要有用于波峰焊的Sn-Cu系、用于再流焊的Sn-Ag-Cu系无铅钎料。为了改善上述钎料的钎焊性能、焊点力学性能，研究者通过加入各种其它微量合金元素，国内外已公开的专利主要是通过加入Bi、Ni、In、Ge、P元素来优化Sn-Ag-Cu系合金钎料的性能，代表性的有Sn-(2.8-4.2wt％)Ag-(0.3-0.8wt％)Cu-(0.0001-0.01wt％)Ge-(0.0001-0.01wt％)In[美国专利US7250135B2]；低银系的Sn-(0.3-0.4wt％)Ag-(0.6-0.7wt％)Cu-(0.01-1.0wt％)P[美国专利US7335269B2]；中国的Sn-(2-5wt％)Ag-(0.2-1wt％)Cu-(0.025-1.0wt％)Er[中国专利，公开号为CN1621194A]；Sn(94.7～98wt％)-(1～3.5wt％)Ag-(0.5～1.5wt％)Cu-(0.001-0.1wt％)La或Ce等[中国专利，ZL 02129643.X]

已有研究发现，Bi、In的加入虽然可以在一定程度上降低钎料的熔点、改善润湿性，但对钎料的综合性能影响不大，而且Bi的加入容易生成低熔共晶，在晶界聚集，降低钎料的力学性能；In的价格昂贵，应用受到成本价格的制约。Ge、P的加入对钎料合金的综合性能的提高非常有限，微量稀土La或Ce的加入可以改善钎料的润湿性能，还可以大幅度提高钎料合金的抗蠕变性能以及力学性能，能够明显提高Sn-Ag-Cu系钎料合金的综合性能，但是仍有不足之处。中国专利CN101269446A指出：(0.05～3％)的Ga元素可以显著改善Sn-Zn钎料的润湿性能。但是，Ga元素对于Sn-Ag-Cu系无铅钎料润湿性能、焊点力学性能特别是抗蠕变能力的改善问题，国内外均没有研究。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种钎焊性能(如润湿性能)良好、焊点力学性能特别是抗蠕变能力优良的新型无铅钎料。

一种含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu无铅钎料，其特征是：成分按质量百分数配比为：0.5～4.5％的Ag，0.2～1.5％的Cu，0.001～0.5％的Pr，0.001～0.1％的Ni，0.001～0.1％的Ga，0.001～0.1％的Pb，余量为Sn。

钎料可采用常规方法制备，即使用市售的锡锭、银锭、电解铜、金属Pr、金属Ni、金属Ga，按需要配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护进行冶炼、浇铸，可得到棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材(也可加入助焊剂，制成“药芯焊丝”)。采用制粉设备可将其制成颗粒状(颗粒大小可从0.106mm(140目)～0.038mm(400目))。铅作为锡锭、银锭、电解铜等原材料中的“杂质元素”，总量控制在0.001～0.1％范围内，以满足符合中华人民共和国国家标准GB/T 20422-2006《无铅钎料》的规定。

本发明为提高Sn-Ag-Cu系无铅钎料润湿性能、焊点力学性能特别是抗蠕变能力，在综合、归纳已有研究成果的基础上，采用在Sn-Ag-Cu无铅钎料中尚未见诸报道的稀土元素Pr作为改变Sn-Ag-Cu无铅钎料的组织结构、提高Sn-Ag-Cu无铅钎料抗蠕变能力的元素；为了提高Sn-Ag-Cu无铅钎料的抗氧化能力并提高其润湿性能，添加了表面活性元素Ga；为了提高Sn-Ag-Cu无铅钎料的焊点力学性能(主要是抗拉强度)，添加了高熔点元素Ni。经过“成分优化”试验，得到如上述最佳成分范围。

四、附图说明

图1：表1中不同成分合金(合金1、2、3、4、5、6)的力学性能。其中图1(a)为不同Pr含量的QFP器件焊点拉伸力。图1(b)为不同Pr含量的0805片式电阻焊点抗剪力。

图2：表1中不同成分合金(合金1、2、3、4、5、6)的蠕变疲劳寿命。

图3：表1中不同成分合金(合金1、2、3、4、5、6)的润湿力与润湿时间。其中图3(a)不同Pr含量的钎料润湿力。图3(b)不同Pr含量的钎料润湿时间。