[发明专利]一种具有高抗氧化能力的有铅焊料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高抗氧化能力的有铅焊料，其中，焊料的组分及质量百分比为0.01％～50％的Pb，0.01％～0.1％的In，0.01％～0.1％的Ni，0.01％～0.1％的Sb，0.01％～0.1％的P以及余量的Sn。该有铅焊料适用于波峰焊焊接，在250℃焊接时只有少量氧化渣，抗氧化能力强，润湿性好，焊点表面光亮，提高了焊接的质量，该发明还公开了一种具有高抗氧化能力的有铅焊料的制备方法。

技术领域

本发明涉及焊接材料领域，特别涉及一种具有高抗氧化能力的有铅焊料及其制备方法。

背景技术

在电子工业领域，特别是传统的军工电子领域，其产品几乎全部采用有铅制程，即采用的物料是有铅的(有铅焊料，有铅的印制电路板，有铅的元器件焊端镀层或有铅的元器件锡球)，所用的工艺为有铅工艺。因为在有铅制程下所焊接的焊点其导电性、稳定性、抗腐蚀性、抗拉和抗疲劳、机械强度、工艺性能都非常良好，且有铅焊接的工艺技术已经应用了近一个世纪，已处于成熟状态。

虽然无铅焊接技术已经在国际、国内有了不同程度的发展与应用，但是到目前为止，世界上各个国家的科研机构对无铅焊接从理论到实践的可靠性方面还没有达成一个统一的认识，这也是为什么直到现在军工、国防电子产品等高可靠性要求的领域有铅焊料还保持豁免的原因。

有铅制程的长期可靠性已经经过多年的认证，尽管欧盟已制定《关于限制在电子电气设备中使用含有特定有害物质的指令》和《废旧电子电气设备指令》来限制铅的使用，但军工电子产品必须保证其长期可靠性，故现阶段军工类电子产品仍采用有铅焊接。可靠性通俗的说就是不出问题或没有故障等，就电子封装而言，就是焊接质量不出问题。对于一个成熟的电子产品来说，其最主要的核心部分就是组装印制电路板，因为它比其他部分要复杂的多，如外观设计等因素并不能很大程度地影响产品的可靠性。组装印制电路板主要包括元器件、印制电路板和焊点这三要素，这三要素的质量好坏与产品的使用寿命息息相关，而组装印制电路板中电路是否畅通、是否达到规定的机械强度等主要是由焊点决定的，焊点失效可能导致整个电路瘫痪。

金属间化合物是指金属间因相互紧密接触，在界面间产生一种原子间的相互迁移的作用力，而形成一层类似合金的物质。有铅焊料在与铜焊接时，当焊接温度升至220℃及以上时，焊料中的锡与焊盘中的铜产生相互作用力，铜产生的拉力大于锡，使锡原子沿界面向铜表面扩散，这时发生的是表面扩散，随后锡会扩散到铜的晶粒中，最后锡原子分割铜晶粒，向铜晶界扩散，形成η相的Cu6Sn5。这时只有锡扩散而铅并不扩散，是因为铅在300℃以下是不会扩散的，在焊接界面中只起到填充作用。随着焊接温度的升高和时间的增长，Cu原子继续扩散到η相的Cu6Sn5合金当中，形成了ε相的Cu3Sn，该物质与η相的Cu6Sn5结构不同。当焊接温度继续升高、时间进一步延长，锡铅焊料合金中的Sn继续向Cu表面扩散，在锡铅焊料的一侧只剩下了Pb，最后形成了富Pb层。

要使焊点具有一定的机械强度，必须使焊料与PCB焊盘之间形成金属间化合物。因此，焊料的品质就显得有尤为重要。早在70年代开始，波峰焊的使用者就开始注意到当锡铅钎料在液体状态和高温和高温时氧化十分迅速，尤其是在波峰炉中，在波峰上很快会形成新的氧化渣。氧化渣的产生会影响焊接质量，还造成了锡的浪费。因此，人们对钎料的抗氧化性进行了详细的研究。HamaguchiH等提出通过加入0.005wt％～0.2wt％的Al和14ppm的P或者加入300～5000ppm的In或10～100ppm的Ga可以提高钎料的抗氧化能力。张启运等全面探索了不同微量元素对Sn-Pb共晶钎料抗氧化能力的影响,研究发现能够有效提高Sn-Pb抗氧化能力的添加元素为Ga、P、Ge、As、Zr和Mg,其中突出有效的元素为Ga、P、Ge和As。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高抗氧化能力的有铅焊料及其制备方法，该有铅焊料不仅能够满足军工、航空航天、国防等工业电子产品对可靠性的要求，而且在焊接过程中的氧化渣少，抗氧化能力强，润湿性好，焊点表面光亮，提高了焊接的质量，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。