[发明专利]一种高抗蠕变性的锌锡基无铅钎料及其制备方法

说明书

本发明为一种高抗蠕变性的锌锡基无铅钎料及其制备方法，提供了一种合金组元较少，冶炼方便，易于控制杂质铅含量，润湿性能良好，具有较高的剪切强度及适宜的熔化温度，且具有良好的塑性成型能力，并具有较高的抗蠕变性能的无铅高温软钎料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种高抗蠕变性的锌锡基无铅钎料及其制备方法。

背景技术

SnPb合金广泛地应用于电子封装和表面贴装SMT（ Surface Mount Technology）技术。以95Pb-5Sn．90Pb-l0Sn及95.5Pb-2Sn-2.5Ag等为代表的w(Pb)85％的高铅钎料在微电子封装的高温领域应用广泛。高铅钎料不但为严酷热环境下工作的微电子元器件提供了稳固而可靠的连接，还作为梯级钎焊时的高熔点合金用于电子元器件的一级封装，是大型IT设备及网络基础设施、大功率电源及开关、汽车电子、航空航天等军工及民用领域关键电子设备封装中极为重要的互连材料。

在WEEE/RoHS法令的引导下，各国已相继立法来限制Pb等有害材料在微电子行业中的使用，中温钎料和低温钎料已经实现无铅化了，但鉴于目前无法找到合适的高温钎料的替代材料，以RoHS为代表的法规对微电子行业中特定用途的高铅钎料的使用给予暂时豁免。

无铅钎料替代高铅钎料必须满足以下要求：

(1)固相点要高于260℃(避免钎料的二次回流)和液相点要低于400℃(由于聚合物基体玻璃态转变温度的限制)，以及尽量小的熔程；(2)较低的剪切模量；(3)良好的热导率和较低的电阻系数；(4)良好的抗氧化性；(5)良好的抗腐蚀性；(6)良好的加工性能，可以做成不同形状的成品；(7)可接受的成本价格；(8)无毒性；(9)易于开采，储量丰富。

从国内外的研究现状看，候选的高温无铅钎料合金系中，有Au-Sn、Zn-Al、Bi-Ag、Sn-Sb、Zn-Sn等二元合金系。目前已经实用化的无铅高温软钎料主要是Au基合金，强度高、导电和导热性优良，但是比较脆，延伸率较小，不易加工成各种形状，应力松弛能力较差。此外，由于Au 价格昂贵，只用于高端领域。

日本专利特开2014-151364，提出了Zn-（6-8）In钎料及在此基础上添加了5%Al或者0.1%Ge或少量Bi为特征的钎料合金。但该合金中含有铟，In在地壳中的丰度很低，且价格昂贵，不适合大规模使用。中国专利 CN102672367A提出了Zn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：15-40%锡，0.5-8%Cu，0.1-1%镧钕混合稀土，0.1-3%Mg，0.1-2%Bi，余量为Zn。但是合金组元多，实用性较差。中国专利CN102554491A提出了Zn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成：2-30％的铝，1-20％的锡，0.1-8％的铜，0.01-3.0％的钛，0.1-1.0％的锰和/或0.1-1.0％的镧铈稀土，余量的锌。但该合金抗拉强度提高，合金的塑性成形能力降低。中国专利CN101380701A提出了铋基高温无铅钎料，其原料组份按重量计为：2－8％锑；2－12％锡，0.5－5％铜，其余为铋。但是Bi的脆性很大。另外，Bi是铅的副产品，使用含Bi的钎料必然要加大对铅矿的开采，造成对环境的污染。中国专利CN105904115B提出了Zn基高温无铅软钎料由以下重量百分含量的成分组成： 20％的锡，0.2-0.8％的镍，0.1-1.0％的混合稀土，虽然该钎料的润湿性较好，力学性能优良。但是钎料的蠕变性能并未指出，而钎焊接头在服役条件下很容易产生蠕变。

发明内容

现有技术中的钎料存在的问题有：组元多，复杂，实用性很差，成本高。本发明针对现有技术中存在的问题,提供了一种合金组元较少，冶炼方便，成本低，易于控制杂质铅含量，润湿性能良好，具有较高的强度及合适的熔化温度，特别的是，具有较高的抗蠕变性能。

本发明采用的技术方案是：

一种高抗蠕变性的锌锡基无铅钎料，由如下质量百分比的成分组成：

19%～20%的金属锡；