[发明专利]无铅焊料合金

说明书

本发明公开了一种SIA无铅焊料合金，用于焊接传统电子元件和表面贴装器件，SIA旨在完全取代锡铅合金，并具有182/183℃凝固温度，SIA设计符合电子元件规格，尤其是容许最高温度，SIA组成和微观结构设计可提高抗冲击和抗拉伸机械强度。在实施例中，SIA包含25‑30％铋(Bi)和0.1‑1％银(Ag)、0.1‑0.5％铜(Cu)(一种或两种)，其余为锡(Sn)。优选SIA成分为锡(Sn)72％、铋(Bi)27.2％、银(Ag)0.5％、铜(Cu)0.3％。可使用质量浓度为1％其他添加剂，例如镍(Ni)、钴(Co)、锌(Zn)、锗(Ge)、磷(P)、铟(In)、镁(Mg)、钕(Nd)、钛(Ti)、铼(Re)，SIA合金(最优改良合金)还可用于焊接铜和用作管道系统的其他材料，SIA合金可用于含有焊剂的焊膏、焊棒、焊粉或焊丝中。

技术领域

本发明总体上涉及用于电子元件和基于铜合金或其他金属（例如镍或铋合金或锡合金）的元件的无铅焊料，其中SIA是一种基于锡（Sn）和铋（Bi），且含有少量的银（Ag）和铜（Cu）的合金。

背景技术

传统上用于电子设备的焊接元件的合金是Sn/Pb，其共晶成分的质量百分比为Sn60Pb40或Sn63Pb37，熔化温度为183 ℃。

2006年，由于铅有毒性，所以完全禁止用于合金，欧洲电气电子设备有害物质限制指令ROHS自2016年起生效。

基于这一法律规定的义务，随着新合金获得许可，所有电子制造商均已转向使用SAC 305或Sn-Cu或Sn100C，这些合金的熔化温度介于217℃至227℃之间，而Sn-Bi合金由于其140℃的低熔化温度和高脆性而遭拒。

竞争对手已进行大量研究，以提高合金在潮湿或温度应力环境下的强度、可湿性和耐用性。因此，用于波动设备和回流熔炉的温度设置非常高，通常介于265℃至285℃之间。这些温度过高，不符合元件规格。此外，合金SAC305、Sn-Cu、Sn100C也具有中等可湿性和耐用性。

自2006年以来，尚未发现任何合金在不含铅（Pb）或不含铟（In）或金（Au）等贵金属的情况下达到183 ℃的熔化温度目标。

2018年，Interflux公司在市场上推出一种名为LMPA的新合金。此合金的熔点为176℃，并通过添加锑（Sb）增加强度。由于这种LMPA合金的实际固化温度仅为155℃，并且在对使用其焊接的元件应用机械塞块时非常脆，因此其存在许多问题。

目前使用的合金存在许多问题，例如焊接困难、耐用性低、成本高、高加工温度导致的元件退化、元件返工困难、电力消耗、为减少浮渣形成而使用氮气、机器应力、焊料内部空隙等。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供以一种新合金完全取代过去使用的Sn-Pb合金，并非增强现有合金，发明的合金名称为SIA（Supreme Improved Alloy的缩写），译为“最优改良合金”。

一种无铅焊料合金，其合金成分的重量百分比为：70-75%的锡（Sn）、25-30%的铋（Bi）、0-1%的银（Ag）和0-0.5%的铜（Cu）。

优选地，在其中添加至少一种其他元素，且质量百分比为0.01%至1%，其他元素为：镍（Ni）、钴（Co）、锌（Zn）、锗（Ge）、磷（P）、铟（In）、镁（Mg）、钕（Nd）、钛（Ti）和铼（Re）。

一种命名为SIA的无铅焊料合金，其合金成分的重量百分比为：72%的锡（Sn）、27.2%的铋（Bi）、0.5%的银（Ag）和0.3%的铜（Cu）。

优选地，无铅焊料合金，其形态是焊膏。

优选地，无铅焊料合金，其形态还可以是焊棒或焊粉或焊丝。

优选地，其不同形态的无铅焊料合金能将电子元件焊接在基板或电路板上。