[发明专利]一种低熔点锡铋焊料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子焊接领域中的低温无铅焊料，特别是涉及一种锡铋焊料及其制备方法。

背景技术

长期以来，锡铅共晶合金焊料，因具有成本低、力学性能好、导电性强、工艺性好以及可焊性等优点而被广泛用于汽车业、电子工业等领域。但是，由于铅及其化合物是有毒物质，它损害人类健康、污染环境。随着人类环保意识的增强，世界各国已相继出台了一系列法令和法规来防治电子产品所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用。我国于2006年2月也颁布了相应的《电子信息产品污染控制管理办法》，规定2007年3月1日起开始实施。因此，电子工业中迫切需要研制新的无铅焊料来代替传统的Sn-Pb焊料。目前已开发出的无铅焊料主要Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Zn，Sn-Sb，Sn-In，Sn-Bi等主要系列的无铅焊料，但其性能特性差强人意，以其典型代表为例：Sn-3.5Ag焊料熔点和成本均高，Sn-0.7Cu焊料熔点高，Sn-9Zn焊料润湿性差、易氧化，Sn-51In焊料耐热性差、成本高，Sn-58Bi焊料耐热性差，Sn-5Pb焊料熔点高。它们不是熔点高就是成本高或是物理性能差，始终没有一种焊料熔点又低而焊点强度又较高且成本又较低的焊料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔点低、焊点强度高且成本低的锡铋焊料及其制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种低熔点锡铋焊料，其特征在于：为Sn、Bi、Ag三元亚共晶合金焊料，焊料合金中各化学成分的重量百分比为：Sn为44～58wt％，Bi为42～56wt％，Ag为0.25～1wt％。

所述低熔点锡铋焊料的制备方法为：先按比例称取上述物料，再将Sn、Bi充分熔化后，再加入Ag充分熔化并搅拌均匀；然后注入模具并快速冷却，即得成品。

众所周知，虽然Sn-Bi共晶合金焊料的熔点低于传统的Sn-37Pb焊料的熔点，低熔点使其在分级封装中的外层封装和靠近对温度敏感的材料钎焊中有很大优势。但由于锡铋合金中的Bi本身很脆，使得合金脆性大，延展性小，Bi在合金中易结晶形成粗大不规则的形状，特别是在长期高温工作时粗化更严重，导致合金塑性降低，甚至出现脆性破坏，从而严重影响焊接接头性能。为了改善Sn-Bi合金的综合性能，本发明在Sn-Bi合金中加入微量的熔点较高的Ag后，通过微量Ag抑制铋的偏析及抑制粗大片状晶体铋的形成，合金组织中形成针状或颗粒状金属间化合物Ag₃Sn，它能细化晶粒降低合金的脆性，提高锡铋焊料的固溶度，从而提高焊料的力学性能，使其抗剪强度大大提高，使其焊接性能和力学性能到达或优于传统的锡铅共晶焊料，同时其熔点控制在140℃168℃范围内。

本发明锡铋焊料抗拉强度为7588Mpa，熔点范围控制在140℃168℃内、具有熔点低、焊点强度高且成本低的优点。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明作进一步说明：

实例1：

将纯度为99.9％以上的Sn58g、纯度为99.9％以上的Bi42g在保护气体气氛或真空状态下充分熔化后，加入0.25g的Ag充分熔化并搅拌均匀；然后注入模具并快速冷却，取锭入库存放。产品熔点为168℃，抗拉强度为88MPa。

实例2：

将纯度为99.9％以上的Sn52g、纯度为99.9％以上的Bi48g在保护气体气氛或真空状态下充分熔化后，加入0.5g的Ag充分熔化并搅拌均匀；然后注入模具并快速冷却，取锭入库存放。产品熔点为153℃，抗拉强度为80MPa。

实例3：

将纯度为99.9％以上的Sn44g、纯度为99.9％以上的Bi56g在保护气体气氛或真空状态下充分熔化后，加入1g的Ag充分熔化并搅拌均匀；然后注入模具并快速冷却，取锭入库存放。产品熔点为140℃，抗拉强度为75MPa。