[发明专利]一种ZnAlMgIn高温无铅钎料

说明书

技术领域：

本发明涉及软钎焊领域的高温无铅焊料，是一种新型的ZnAlMg-xIn无铅钎料，属于微电子行业电子一级封装用无铅钎料制造技术领域，也应用在汽车电路板钎焊和家用电器焊接领域。

背景技术：

随着社会的发展，人们对环保和健康的要求越来越高，欧盟RoHS指令和我国《电子信息产品污染控制管理办法》都已经规定禁止使用含铅钎料。含铅高温钎料Pb5Sn和Pb10Sn（熔点分别为305℃和310℃）却一直没有找到合适的无铅替代钎料。目前，高温无铅钎料的研究主要集中在以下几个体系：Au基、Bi基、Zn-Sn和Zn-Al基无铅钎料。Au20Sn和Au-Ge钎料具有较好润湿性和导电导热性，但是由于其大量使用了Au导致钎料成本提到，限制了其广泛的应用。而且AuSn钎料能够形成较脆的金属间化合物，降低了焊点的抗拉强度。Bi-Ag钎料具有合适的熔点（270℃），但是由于基体Bi的脆性导致钎料的加工性能很差，而且导电性能差。ZnSn钎料由于其严重的腐蚀性和很低的固相线温度（198℃）限制其发展。而Zn-Al基合金具有成本低、加工性能好、导电导热性能良好和热膨胀系数低等优点，使其成为高温无铅钎料的最佳选择。

由于Zn6Al（熔点381℃）合金钎料的基体主要为活泼性金属Zn，高温下极容易被氧化，从而影响钎料的润湿性。因而，提高钎料的抗氧化性，降低合金熔点是很有必要的。近年来，主要在Zn6Al共晶成分的基础上，通过添加合金化元素Mg、In、Cu、Ga等来改善合金的性能。其中文献报道无铅钎料Zn4Al3Mg3Ga成功应用到实际中，但由于该钎料的延展性差，很难加工成带状或者丝状；文献报道ZnAlCu合金钎料，Cu加入对合金熔点降低不明显；Zn12Al-xIn（x=0.5～1.5at.%）合金钎料,In的添加提高了合金的润湿性，但合金的熔点降低不明显。本发明提出在ZnAl钎料的基础上，添加合金化元素Mg来降低合金的熔点，并在ZnAlMg三元合金的基础上进一步添加合金元素In，来提高合金的抗氧化性和进一步降低合金熔点。

发明内容：

本发明是在ZnAl钎料的基础上，添加3wt%的Mg形成近共晶合金Zn4Al3Mg（熔点343℃），并在Zn4Al3Mg基础上进一步添加合金元素In，来提高钎料合金的抗氧化性和进一步降低温度。形成的四元ZnAlMg-xIn新型高温钎料，该合金很大程度上降低了熔点，改善了钎料的润湿性。

本发明提供了一种ZnAlMgIn高温无铅钎料，其特征在于：该钎料质量百分比组成为Al3.9～4.1%，Mg2.4～3.1%，In0.5～3.0%，Zn90～93%。

更进一步，该钎料还包含有P0.05～1.0%。

本发明的一种ZnAlMgIn高温无铅钎料的制备方法是按以下步骤进行的：一、称量熔盐：按质量比例称取熔盐KCl：LiCl=（1.2～1.4）：（0.9～1.1）；二、称量金属：按质量百分数称取3.9～4.1份Al块、2.4～3.1份Mg块、0.5～3.0份In块、余量为Zn块；三、熔炼；将步骤一得到熔盐均匀混合后置于陶瓷坩埚内，将坩埚置于电阻炉内加热至400℃，待熔盐完全熔化后将步骤二得到的Zn块置于熔盐之下，加热至450℃依次将Al和Mg块置于Zn液下，加热至600℃保温10～30分钟，冷却到500℃用石英玻璃棒充分搅拌，即得ZnAlMg合金。四、重熔：将步骤三得到的合金重新熔炼，400℃加入In块后充分搅拌，即得到高温钎料。