[发明专利]一种锡锌系无铅焊料合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种锡锌系无铅焊料及其制备方法，属于电子材料、电子制备技术、微电子组装和封装领域。所述焊接性能良好的的锡锌系无铅焊料的合金元素包括Zn：9.00％，Ag：0.25％，Al：0.005％，Sb：0‑0.2％，La：0‑0.2％，Pr：0‑0.2％，其余为Sn。本发明采用高通量的设备可大批量制备出低熔点锡锌系无铅焊料，再选出成分较优的样品进行进一步的表征与检测，此过程节约人力物力，降低成本，同时合金具有低熔点、熔程小、流动性好、浸润性、抗氧化性能和耐腐蚀性能优良等优点，此外，还具备良好的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及一种锡锌系无铅焊料合金及其制备方法，具体涉及一种适合用于通讯器材，汽车，微电子组装与封装等焊接的锡锌系合金焊料。

背景技术

铅锡合金焊料因其优异的润湿性及焊接性、导电性、力学性能、成本低等特点，在工业上已经应用了很长时间，但铅及铅化合物具有毒性，使用不当会对自然环境和人体造成很大的伤害。随着高新技术的迅速发展，电子产品更新换代的周期越来越短，电子垃圾每年都在增长，铅元素对环境的影响越来越大，铅渗入环境中会对人体和动物造成极大伤害。因此，出于保护环境和保护人类自身的要求，世界各国纷纷立法来限制铅的使用。

与Sn-Ag、Sn-Bi等系列合金相比，Sn-Zn系合金焊料具有更合适的熔点，低廉的成本以及良好的力学性能。该系合金是一种简单的二元共晶系合金，其共晶成分熔点与Sn-Pb共晶合金熔点非常接近，无需开发耐高温的钎焊设备、印刷电路板及被焊电子元件，可直接应用于制备Sn-Zn系合金焊料，能够显著减少无铅化改造过程的费用。但传统锡锌系焊料使用过程中容易被氧化导致器件老化及寿命减短，润湿性不足导致焊接性能极差，降低焊料的焊接强度，焊料服役过程中焊点易提早失效。耐腐蚀性能、高温抗氧化性能和润湿性能的不足严重制约了该钎料体系的应用及发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊接性能良好的锡锌系无铅焊料，主要目的是克服传统锡锌焊料的抗氧化性能和润湿性差的问题，同时改善焊料的综合力学性能，并采用高通量设备制备该焊料，提高合金焊料的生产效率，解决当前焊料生产效率低下、资源浪费、生产成本高等问题，以适应电子产品的发展趋势，并促进相关产业升级。

本发明采用了以下技术方案实现：

以共晶Sn-9Zn合金为主要对象，以改善钎料润湿性能为主要目标，在综合探索其熔化特性、耐腐蚀性、抗氧化性以及力学性能等，采用Ag 、Al、 Re多元合金化的方法进行成分优化，具体为该无铅焊料合金由Sn、Zn、Ag、Al、Sb、La 、Pr元素构成；各元素质量百分比分别为：Zn：9.00％，Ag：0.25％，Al：0.005％，Sb：0-0.2％，La：0-0.2％ ，Pr：0-0.2％，其余为Sn。

优选的，本发明所述铝和锡的纯度≥99.95%，锌、银、镧、镨、锑的纯度≥99.99%。

本发明的另一目的在于提供所述锡锌系无铅焊料合金的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）按照铝、镧/镨/锑、银、锌、锡的顺序依次放入已石英管中，将装好原料的石英管在氢氧熔封机上进行封管，以保证样品在熔炼的过程中全程真空。

（2）将封管完成后的石英管置于16通道管式炉，熔炼至材料完全融化后保温一定时间，全程确定炉子摇摆一定角度以确保组织均匀性。

（3）降温过程中将样品取出油冷即得到一种低熔点的无铅焊料。

优选的，本发明步骤（2）中熔炼温度700~900℃，保温时间2~5h，16通道管式炉同时进行16个样品的熔炼，熔炼期间炉体自动摇摆3~8°/min以确保样品成分的均匀性。

优选的，本发明步骤（3）在250~350℃取出样品，采用油冷10~30s。

在没有特别说明的情况下，本发明所有百分比均为质量百分比。