電子封裝用無鉛釬料制造技術(shù)

電子封裝用無鉛釬料，它涉及一種電子封裝用無鉛釬料。本發(fā)明專利技術(shù)解決了現(xiàn)有高銀釬料成本較高，低銀釬料力學性能差的技術(shù)問題。電子封裝用無鉛釬料按照質(zhì)量百分含量由Ag，Cu，Ni，Bi，Sb，Ti，其余為Sn組成。本發(fā)明專利技術(shù)通過釬料成分的設計和優(yōu)化得到了性能優(yōu)異，成本低廉的電子封裝用無鉛釬料。多種元素添加考慮其相互彌補作用，減小了某一元素在改善性能的同時所帶來其他的不利影響，有效提升了釬料的綜合性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種電子封裝用無鉛釬料。
技術(shù)介紹
當前，市場主流無鉛釬料為Sn-3. OAg-O. 5Cu(簡稱SAC305)釬料，其合金熔化溫度范圍在217°C附近，具有潤濕性好、接頭強度高、抗熱疲勞性能好等優(yōu)點，與之類似的Sn-Ag-Cu系其他釬料合金組分如Sn-4. OAg-O. 5Cu和Sn_3. 8Ag-0 . 7Cu等釬料同樣具有較好的接頭微觀組織和力學性能。盡管如此，較高的含銀量使得該類釬料成本較高；同時，與SnPb釬料相比，該類釬料在沖擊振動等高應變速率條件下可靠性較差。為降低成本，低銀釬料逐漸成為新釬料開發(fā)的熱點。通常銀含量低于現(xiàn)有SnAgCu共晶成分(3. 0-4. 7wt % )的釬料被稱為低銀釬料。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)的低銀釬料種類較多，其中以Sn-0. 3Ag-0. 7Cu(簡稱SAC0307)為主流產(chǎn)品，除此以外還有Sn-1. OAg-O. 5Cu (簡稱SAC105)等低銀產(chǎn)品被少量使用。低銀釬料目前仍無法作為高端產(chǎn)品生產(chǎn)中的理想無鉛釬料選擇，這主要由于其熔點較高，而較高的溫度將導致回流過程中線路板及周邊敏感元件受損，同時低銀釬料在潤濕性、強度、抗老化性等方面表現(xiàn)與SAC305等高銀釬料相比仍不理想，因此改善低銀釬料的性能對于其進一步推廣至關(guān)重要。添加合金元素是提高釬料性能的主要途徑。南京達邁公司的吳宇寧等開發(fā)SnAgCu-Bi低銀無鉛釬料(專利號為ZL200910232754. 9)具有較低的熔點，其Bi含量在12% -23%之間，過多的Bi元素在降低熔點的同時也會導致熔化過程的固液相溫度差過大，凝固時易產(chǎn)生裂紋，同時過多的Bi元素將導致釬料內(nèi)部組織變脆，韌性下降。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決現(xiàn)有高銀釬料成本較高，低銀釬料力學性能差等技術(shù)問題，提供了一種電子封裝用無鉛釬料。電子封裝用無鉛釬料按照質(zhì)量百分含量由O. 35 O. 90% Ag,O. 20 I. 00% Cu，O. 005 O. 20% Ni, I. 20 4. 00% Bi,O. 50 2. 00% Sb,O. 01 O. 20% Ti，其余為 Sn 組成。本專利技術(shù)的電子封裝用無鉛釬料有效的降低了現(xiàn)有電子封裝用無鉛釬料的成本，與SAC305相比，成本降低了 40%以上。同時本專利技術(shù)對釬料成分進行優(yōu)化配比，改善了釬料的熔點和潤濕性，提高了釬焊接頭的力學性能，獲得了優(yōu)異的抗老化性能，抗電遷移性能及抗振動沖擊性能。本專利技術(shù)通過釬料成分的設計和優(yōu)化得到了性能優(yōu)異，成本低廉的電子封裝用無鉛釬料。多種元素添加考慮其相互彌補作用，減小了某一元素在改善性能的同時所帶來其他的不利影響，有效提升了釬料的綜合性能。本專利技術(shù)電子封裝用無鉛釬料中所添加元素中，Bi的主要作用為降低釬料合金的熔化溫度，少量的Bi作為單質(zhì)存在于固溶體的間隙中，作為摻雜原子降低了釬料相變所需的能量，使釬料的熔點降低。Ni元素的加入會導致釬料內(nèi)部的組織晶粒細化，增加釬料的強度和韌性。添加元素Sb可以減少回流過程中界面化合物層的厚度，同時細化金屬間化合物的晶粒，尤其是對于多次回流焊過程中的界面處金屬間化合物層的過快生長有顯著的抑制作用。同時Sb元素也可減緩在老化過程中的Cu6Sn5生長，避免老化過程中金屬間化合物層過厚而變脆，提高釬料的抗老化性。添加Ti元素一方面可以改善釬料的潤濕性，同時Ti的加入會降低釬料的過冷度，致使釬料中形成大量的樹枝狀初生錫相，導致釬料彈性模量降低，剛度下降，可以對Ni、Bi添加時帶來的釬料彈性模量增大現(xiàn)象起到一定平衡作用，可以避免在高應變速率作用下焊點內(nèi)部集聚的能量無法釋放，降低高速載荷作用下的焊點內(nèi)部應力水平，提聞針料在振動、沖擊等聞速載荷下的服役壽命。附圖說明 圖I是實施方式四中電子封裝用無鉛釬料回流曲線；圖2是具體實施方式四制備的電子封裝用無鉛釬料與Cu基板界面MC的立體形貌圖；圖3是SnAgCuBiNi釬料與Cu基板界面MC的立體形貌圖；圖4是SAC305釬料與Cu基板界面MC的立體形貌圖；圖5是SAC0307釬料與Cu基板界面MC的立體形貌圖。具體實施例方式本專利技術(shù)技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。具體實施方式一本實施方式電子封裝用無鉛釬料按照質(zhì)量百分含量由O. 35 O. 90% Ag, O. 20 I. 00% Cu, O. 005 O. 20 % Ni, I. 20 4. 00 % Bi, O. 50 2. 00 % Sb,O. 01 O. 20% Ti，其余為Sn組成。本實施方式中電子封裝用無鉛釬料的制備方法如下步驟一按·35 O. 90% Ag, O. 20 I. 00% Cu, O. 005 O. 20%Ni, I. 20 4. 00%Bi,O. 50 2. 00% Sb,O. 01 O. 20% Ti，其余為Sn的組成質(zhì)量百分比稱量各合金元素。步驟二 取步驟一中稱取的Cu，按Cu、Sn質(zhì)量百分比39. 11 %、60. 89%計算得到對應金屬Sn重量，將此重量的Sn從步驟一中稱取的Sn中稱量并取出，將步驟一中稱取的Cu和步驟二中稱出的Sn置于石英管中，采用高頻感應方法進行加熱，熔煉時加熱溫度控制在520°C 560°C，保溫5 8min，然后降溫至320°C 350°C保溫15 20min，停止加熱并冷卻至室溫，得到Cu6Sn5作為釬料制備用中間合金，加熱保溫及冷卻過程中石英管中始終通有氬氣進行保護，防止金屬氧化及燒損。步驟三取步驟一中稱取的Ag，按Ag、Sn質(zhì)量百分比73. 17%、26. 83%計算得到對應金屬Sn質(zhì)量，將步驟一稱量的Ag與本步驟稱出的Sn置于石英管中，采用高頻感應方法進行加熱，熔煉時加熱溫度控制在595°C 635°C之間，熔煉時間8 lOmin，然后降溫至400°C 450°C保溫20 25min，停止加熱并冷卻至室溫，得到Ag3Sn作為釬料和金制備用中間合金，加熱保溫及冷卻過程中石英管中始終通有氬氣進行保護。步驟四取步驟一中稱取的Ni，按Ni、Sn質(zhì)量百分比27. 1%、72. 9%計算得到對應金屬Sn的質(zhì)量，將步驟一中稱量的Ni與本步驟稱出的Sn至于石英管中，采用高頻感應方法進行加熱，熔煉時加熱溫度控制在815°C 855°C，熔煉時間7 9min，降溫至420°C 455°C保溫15 20min，停止加熱并冷卻至室溫，得到Ni3Sn4作為釬料合金制備用中間合金，加熱保溫及冷卻過程中始終通有氬氣進行保護。步驟五步驟二、三、四制備的中間合金(Cu6Sn5, Ag3Sn, Ni3Sn4)與步驟一中稱量的Bi，Ti，Sb以及剩余的Sn —起至于石英管中，采用高頻感應方法進行加熱，溫度控制在490°C 520°C之間，熔煉8 lOmin，降溫至350°C 390°C保溫25 35min，冷卻后得到電子封裝用無鉛釬料。具體實施方式二 本實施方式與具體實施方式一不同的是電子封裝用無鉛釬料按照質(zhì)量百分含量由 O. 52 O. 83% Ag，O. 45 O. 68% Cu, O. 025 O. 16% Ni，2. 10 3. 80%Bi,O. 80 I. 85% Sb,O. 07 O. 17% Ti，其余為Sn組成。其它本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
電子封裝用無鉛釬料，其特征在于電子封裝用無鉛釬料按照質(zhì)量百分含量由0.35～0.90％Ag，0.20～1.00％Cu，0.005～0.20％Ni，1.20～4.00％Bi，0.50～2.00％Sb，0.01～0.20％Ti，其余為Sn組成。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫鳳蓮，劉洋，劉洋，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：