[发明专利]一种Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料及其制备方法

说明书

一种Sn‑Zn‑Al‑Pt‑Cu系无铅钎料及其制备方法，属于电子封装软钎焊技术领域。所述的无铅钎料中各组分按质量百分比包括Zn 9％，Al 0.4％～0.5％，Cu 0.1％，Pt 0.5％～0.8％，其余为Sn，以上组元质量百分比和为100％。本发明还公开了其制备方法，将按质量比4:1称取的Sn和Zn、按质量比1:1称取的Sn和Cu、按质量比9:1称取的Sn和Al分别放入真空感应熔炼炉进行熔炼，再倒入模具得到三种中间合金；将三种中间合金与Pt、Sn放入真空感应熔炼炉进行熔炼，倒入模具中，得到Sn‑Zn‑Al‑Pt‑Cu系无铅钎料。该钎料具有较低的熔点，通过添加Pt元素和Cu元素，克服了Sn‑Zn‑Al系无铅钎料润湿性和抗氧化性存在矛盾的问题，可实现钎料的润湿性和抗氧化性共同提高，并可以抑制钎焊接头界面化合物在时效阶段的过度生长。

技术领域

本发明属于电子封装软钎焊技术领域，涉及一种Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料及其制备方法。

背景技术

传统Sn-Pb钎料由于其成本低廉、熔点较低、润湿性较好等优点被广泛应用于电子封装软钎焊领域。然而随着人们环保意识的增强以及对Pb元素认识的不断深化，世界各国及相关组织纷纷立法限制铅及其合金在电子封装中的应用。在“无铅化”已经成为电子产品发展的必然趋势下，国内外学者致力于新型无铅封装钎料的研究，相继开发出多种Sn基无铅钎料，其中，Sn-Zn钎料由于其力学性能较为优越、与Sn-Pb钎料相近的熔点和更高的焊点可靠性一度被认为最有可能代替传统的Sn-Pb焊料。但是由于Zn元素在钎焊过程中极易氧化，形成的氧化膜阻碍了钎料的润湿铺展，限制了Sn-Zn钎料的广泛应用。

为此，相关研究人员向Sn-Zn钎料中加入Al元素，形成Sn-Zn-Al系钎料以改善其抗氧化性能，这是由于Al的化学活性高于Zn元素，在钎焊过程中会优先在钎料表面富集并与氧气发生反应形成致密的Al₂O₃氧化膜，阻止钎料的进一步氧化。但由于Al₂O₃氧化膜为山脊状，添加Al元素的含量较小时会使得山脊间的空洞面积较大，氧气通过空洞会使钎料内部的元素发生氧化。而过量的添加Al元素又会使得氧化膜增厚，阻碍钎料的铺展，恶化钎料的润湿性。因此，Sn-Zn-Al系钎料的抗氧化性与润湿性之间存在矛盾的关系，限制了其进一步发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料，实现Sn-Zn-Al系无铅钎料的抗氧化性和润湿性共同提高，并抑制钎焊接头界面化合物在时效阶段的过度生长。

本发明的另一个目的是提供一种Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料的制备方法。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料，其中Zn的质量百分比为9％，Al的质量百分比为0.4％～0.5％，Cu的质量百分比为0.1％，Pt的质量百分比为0.5％～0.8％，其余为Sn，以上组元质量百分比和为100％。

本发明所采用的第二个技术方案是，上述Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1，对各组分进行清洗和烘干。

步骤2，按照重量比4:1称量原料Sn和Zn置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn-Zn中间合金。

步骤3，按照重量比1:1称量原料Sn和Cu置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn-Cu中间合金。

步骤4，按照重量比9:1称量原料Sn和Al置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn-Al中间合金。

步骤5，将上述步骤中制备的Sn-Zn中间合金、Sn-Cu中间合金、Sn-Al中间合金和Pt、Sn按照Zn的质量百分比为9％，Al的质量百分比为0.4％～0.5％，Cu的质量百分比为0.1％，Pt的质量百分比为0.5％～0.8％，其余为Sn混合，置于真空感应熔炼炉中熔炼，得到Sn-Zn-Al-Pt-Cu系无铅钎料。