[发明专利]SnBi和SnIn焊锡合金

说明书

本公开内容的一些实施涉及低熔化温度(例如，液相线温度低于210℃)SnBi或SnIn焊锡合金。SnBi焊锡合金可以由下述组成：2至60wt％的Bi；任选地，下述的一种或多种：多至16wt％的In、多至4.5wt％的Ag、多至2wt％的Cu、多至12wt％的Sb、多至2.5wt％的Zn、多至1.5wt％的Ni、多至1.5wt％的Co、多至1.5wt％的Ge、多至1.5wt％的P和多至1.5wt％的Mn；和剩余的Sn。SnIn焊锡合金可以由下述组成：8至20wt％的In；任选地，下述的一种或多种：多至12wt％的Bi、多至4wt％的Ag、多至5wt％的Sb、多至3wt％的Cu、多至2.5wt％的Zn、多至1.5wt％的Ni、多至1.5wt％的Co、多至1.5wt％的Ge、多至1.5wt％的P和多至1.5wt％的Mn；和剩余的Sn。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月31日提交的标题为“高抗疲劳性和抗冲击性低熔化温度无铅焊锡合金”(HIGH FATIGUE RESISTANCE AND SHOCK RESISTANCE LOW MELTINGTEMPERATURE LEAD-FREE SOLDER ALLOY)的美国临时申请号62/726,181的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容一般地涉及无铅焊锡合金。

背景技术

处置电子组件而生成的铅(Pb)被认为对环境和人类健康有害。法规越来越禁止在电子互连和电子包装行业中使用基于Pb的焊锡。2006年7月1日发布的限制危害物质指令(RoHS)已使得成功地用无铅SnAgCu(SAC)焊锡合金替代了SnPb焊锡合金用于微电子互连，特别是在智能手机、笔记本电脑和许多其他电子产品中。

尽管在一些SAC焊锡合金(例如SAC305)中已经证明了性能和期望特性的一致的追踪记录，但是SAC焊锡合金由于其高熔化温度(例如高于215℃)——该熔化温度高于其取代的SnPb焊锡合金的熔化温度——而具有缺点。SAC焊锡合金的高熔化温度可能是在焊锡用于涉及热敏零件的应用中时的主要缺点，所述热敏零件例如LED、光电子、电容器、保险丝、MEMS设备等。

SAC合金的高熔化温度也可能对分步焊接造成挑战，其中先前的焊接接头(无铅焊锡)将不被熔化。另外，SAC焊锡合金的高熔化温度要求在焊接期间具有更高的回流温度，这会使部件和印刷电路板(PCB)容易发生热翘曲。PCB和部件的热翘曲可能会损害所形成的焊点(solder joint)的完整性，从而影响其性能。PCB、基板和部件的热翘曲还可能导致多种焊锡缺陷，例如枕头效应(H.i.P)和虚焊(non-wet open)等。而诸如HIP缺陷的问题可以通过调整焊锡的量来解决，PCB、基板和部件的翘曲主要是通过降低回流加工温度和缩短液相线温度以上的时间来解决。例如，通过将峰值回流温度从250℃降低到190℃，可以将固有的板至封装(board-to-package)翘曲降低50％以上，并且可以显著降低生产成本和碳排放。

发明内容

本公开内容的一些实施涉及低熔化温度SnBi或SnIn焊锡合金。焊锡合金的液相线温度可能低于210℃。在一些实施中，焊锡合金的液相线温度可能在140℃和200℃之间。

在一个实施方式中，SnBi焊锡合金由下述组成：2至60wt％的Bi；任选地，下述的一种或多种：多至16wt％的In、多至4.5wt％的Ag、多至2wt％的Cu、多至12wt％的Sb、多至2.5wt％的Zn、多至1.5wt％的Ni、多至1.5wt％的Co、多至1.5wt％的Ge、多至1.5wt％的P和多至1.5wt％的Mn；和剩余的Sn，其中焊锡合金的液相线温度低于210℃。在一些实施中，SnBi焊锡合金在室温下的屈服强度在50和80MPa之间。在一些实施中，SnBi焊锡合金在室温下的拉伸强度在70和110MPa之间。在一些实施中，SnBi焊锡合金在室温下的拉伸强度在70和100MPa之间。