[发明专利]一种锡银合金焊料及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种锡合金焊料，特别涉及一种锡银合金焊料及其制备工艺。

背景技术

焊料合金是由两种或两种以上的金属元素组成的具有一般金属特征的合金材料。目前，常用的焊料合金多为以锡作为主体，加入其他金属元素后形成的二元合金或者多元合金，因其具有优良的抗腐蚀性和可焊性，可作为电子器件、线材、印刷线路板和集成电路板的保护层和可焊性镀层而在电子工业中广泛应用。

传统的焊料合金多采用锡-铅合金，铅金属成本较低，润湿性较好，而且含铅37％的锡-铅合金熔点相对较低，183℃即可熔化，焊接温度低于230℃，因而锡-铅合金在过去焊接技术中得到广泛应用。近年来，随着人们对铅金属剧毒性认识的加深以及国内外关于禁用或者限用铅焊料的政策法规的出台，无铅焊料的开发和推广将成为发展趋势，其中锡-银合金焊料是研究时间最早、应用最广的无铅焊料之一。

在电子焊接技术中，焊料合金与被焊基材、芯片、镀层等整个被焊组件各部位的膨胀系数应该尽量匹配，若热膨胀系数相差过大，容易在焊接过程或者在产品使用过程中，在焊接界面产生较大的热应力，从而降低焊点的可靠性和使用寿命。热膨胀系数是物质在热胀冷缩效应作用下，几何特征随着温度的变化而发生变化的规律性系数。

目前使用的锡银合金中，锡铅合金和锡银合金的热膨胀系数分别为25和30，而铜的热膨胀系数为17，锡银合金与铜的热膨胀系数的差值大于锡铅合金与铜的热膨胀系数，当用锡银合金来取代锡铅合金时，产品经过长期的热胀冷缩，金属银容易破坏芯片的结构，造成短路，导致二极管的使用寿命缩短。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡银合金焊料及制备工艺，可以降低锡银合金的热膨胀系数，减少锡银合金与二极管被焊组件之间的热膨胀系数之间的差值，改善产品发生短路的情况，提高二极管使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种锡银合金焊料，包括以下重量份的原料：97份-99份的锡金属和重量分数占1份-3份的银金属，所形成的锡银合金焊料中，银金属的平均粒径小于50微米且均匀分布于锡金属。

通过上述技术方案，现有工艺生产的锡银合金焊料常常因银颗粒分布不均，且平均粒径大于50微米，造成银的热膨胀系数与芯片的热膨胀系数相差太大，当用于二极管时，产品经过长时间的热胀冷缩，银离子会破坏芯片的结构，造成短路，导致二极管的使用寿命缩短。本发明通过改良制备工艺将银金属的平均粒径降低至50微米以下，并且使银金属均匀分布于锡金属中，使得银的热膨胀系数降低，而降低银的热膨胀系数可以使锡银合金的热膨胀系数降低，从而减少锡银合金与二极管被焊组件之间的热膨胀系数之间的差值，改善产品发生短路的情况，提高二极管使用寿命；而且传统的锡银合金中含锡银的重量百分比为96.5:3.5或者96.1:3.9，形成的焊料熔点接近220℃，焊接温度接近390℃，过高的焊接温度会导致对元器件、印制板、加工设备中其他材料的耐温等级相应提高，不仅提高了成本而且某些材料温度升高后其机械性能会急剧降低，当锡银合金中银含量低于1％时锡银合金的屈服强度和拉伸强度降低，本发明中通过降低锡银合金中金属银的含量至1％-3％之间，不仅能够保证锡银合金焊料中具有较高的强度，而且能够降低锡银二元合金的熔点和焊接温度，提高焊料的可焊性，同时降低金属银的含量有利于减少较大颗粒的锡化银的形成，提高合金的抗疲劳寿命。

进一步的，还包括0.01份-0.1份的增润性金属，所述增润性金属为铋金属、镧金属、铕金属、钆金属或者铈金属中的一种或者两种。

通过上述技术方案，焊料合金的润湿性对焊料在被焊组件表面润湿、铺展以及对形成牢固可靠的焊接界面具有重要意义，而实际研究过程中，无铅焊料合金的润湿性大多不如锡铅合金，易产生空洞、移位等焊接缺陷，降低焊接质量，镧金属、铕金属、钆金属或者铈金属中均为稀土金属，具有较大的半径，和较强的亲氧性，通过加入0.01份-0.1份的镧金属或者铈金属，能够与氧气结合，减少焊料、被焊铜组件与氧气的接触，使得在焊料与被焊铜组之间形成氧化膜的几率大大降低，降低焊料与被焊铜组之间，因此，能够有效地改善锡银合金的润湿性，缩短润湿时间。铋金属不仅能够提高锡银合金的润湿铺展性，而且能够降低焊料的熔点和焊接温度，便于焊接。

进一步的，所述锡金属采用99.99的锡锭，所述银金属采用99.99的银锭。

通过上述技术方案，采用99.99纯度的锡锭和99.99纯度的银锭，可以形成表面光泽度亮的焊料，而且熔化后流动性好，可焊性良好。