[发明专利]含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。主要用于表面组装及封装领域，以满足绿色制造的需要。

背景技术

2006年7月1日，欧盟RoHS(The Restriction of the Use of certain Hazardous Substance in Electrical and Electronic Equipment)指令正式生效以来，锡铅钎料的替代问题成为电子行业技术人员研究的热点课题。虽然Sn-Cu-Ni系钎料价格便宜，成本仅为锡铅共晶钎料的1.3倍，但是润湿性能和锡铅钎料相比仍有一定的差距。Sn-Cu-Ni钎料成本较Sn-Ag-Cu钎料合金有较大优势，易生产和回收，且对电子产品有比较好的兼容性而受到电子行业广大用户的青睐，具有良好的应用前景[中国专利ZL99800339.5]，但是Sn-Cu-Ni钎料仍然还存在许多不足，限制了其在再流焊等焊接工艺中的应用。目前研究者主要通过加入一些微量元素，通过微合金化来进一步优化Sn-Cu-Ni系钎料的性能，也出现了一些相关研究的公开专利成果，国内外已研究成果主要是通过加入Sb、P、稀土元素Ce等元素来优化Sn-Cu-Ni系合金钎料的性能。日本Nihon Superior株式会社研究开发了Sn-Cu-Ni无铅钎料，商品名称为SN100C，并在包括日本、美国与中国在内的24个国家与地区获得了此项专利；通过加入稀土元素来优化Sn-Cu-Ni钎料性能的专利主要集中在中国，代表性的公开专利成果主要Sn-(0.8-3.0wt.％)Cu-(0.01-1.6wt.％)Ni-(0.005-0.2wt.％)Pb-(0.001-0.1wt.％)Ce[专利ZL 200510022563.1]等。由于还有许多技术问题例如润湿铺展性、力学性能、抗氧化能力和钎缝微观组织的均匀性等等亟需新的研究成果来完善、补充，本项发明“含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料”即是在这种技术背景下完成的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有助于弥补Sn-Cu-Ni钎料的缺点和不足而藉以体现润湿铺展性好、力学性能优异和成本相对低廉并且能满足产品的绿色制造需要的含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料。

为达到上述发明目的，本项发明提供的技术方案是：一种含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni无铅钎料，其化学成分按质量百分数配比为：0.07～1.8％的Cu，0.01～2.0％的Ni，0.001～0.1％的V，0.001～0.4％的Nd，0.001～0.1％的Ge，余量为Sn。

本发明提供的技术方案的技术效果在于：在Sn-Cu-Ni系无铅钎料中多元复合添加微量元素V、稀土Nd以及Ge元素并通过其共同作用来提高Sn-Cu-Ni系无铅钎料润湿性能、服役过程中内部组织的热稳定性、焊点力学性能以及抗疲劳性；由于金属Nd元素极易氧化，高温时易烧损，因此以中间合金Sn-Nd的形式加入以保证微量元素Nd在钎料中成分的准确性；得到的钎料合金具有优越的加工性能、抗氧化的能力较强、钎缝微观组织均匀、润湿性能良好、钎缝力学性能优良和接头抗疲劳性能大幅提高，弥补了Sn-Cu-Ni钎料的一些缺点和不足，综合性能接近于Sn-Pb钎料；能满足RoHS指令对无铅化的要求和绿色制造的需要；由于具有优越的加工性能，因此可加工成诸如条状、棒状、丝状和焊球等各种形状而藉以适应不同生产条件的需要。

附图说明

图1a为不同Nd含量的四边扁平封装器件(Quad Flat Package，简称QFP)焊点拉伸力的示意图。

图1b为不同Nd含量的片式电阻焊点抗剪力的示意图。

图2为不同成分钎料合金的铺展面积示意图。

图3为不同成分钎料合金的相同试验条件下疲劳寿命频率示意图。

图4为未加V、Ge及稀土Nd的Sn-Cu-Ni无铅钎料合金的金相显微组织照片。

图5为添加V、Ge及稀土Nd 0.05wt.％的Sn-Cu-Ni无铅钎料合金的金相显微组织照片。

图6为添加V、Ge及稀土Nd0.4wt.％的Sn-Cu-Ni无铅钎料合金的金相显微组织照片。

图7a为未加V、Ge及稀土Nd的Sn-Cu-Ni无铅焊点界面显微组织照片。

图7b为添加V、Ge及稀土Nd0.4wt.％的Sn-Cu-Ni无铅焊点界面显微组织照片。

具体实施方式