一种ZnSn基高温无铅软钎料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法，包括以下步骤：步骤1)将20～32重量份的氯化钾和18～25重量份的氯化锂混合，在450℃～550℃下熔化后加入80重量份的锌和20重量份的锡上；步骤2)将温度升至600℃～800℃，待锌、锡熔化后，将0.2～1重量份的Ni或0.1～1重量份铈镧稀土RE加入到熔融的金属液中，搅拌均匀；步骤3)保温1～2小时，搅拌，使合金均匀化，静置出炉，合金凝固后去除合金表面的混合盐。本发明的钎料不仅合金组元较少，实用性强，成本低，无毒，无污染，冶炼方便，而且润湿工艺性能及剪切强度得到了改善。电阻率没有显著下降，适用于高温领域的微电子封装。
【专利说明】
-种ZnSn基高溫无铅软钉料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于本材料科学领域，具体设及一种ZnSn基高溫无铅软针料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] SnPb合金广泛地应用于电子封装和表面贴装SMT(Surface Mount Technology)技 术。W95饥-5Sn. 90Pb-10Sn及95.5饥-2Sn-2.5Ag等为代表的W(饥)85%的高铅针料在微电 子封装的高溫领域应用广泛。高铅针料不但为严酷热环境下工作的微电子元器件提供了稳 固而可靠的连接，还作为梯级针焊时的高烙点合金用于电子元器件的一级封装，是大型IT 设备及网络基础设施、大功率电源及开关、汽车电子、航空航天等军工及民用领域关键电子 设备封装中极为重要的互连材料。
[0003] 在WE邸/RoHS法令的引导下，各国已相继立法来限制饥等有害材料在微电子行业 中的使用，中溫针料和低溫针料已经实现无铅化了，但鉴于目前无法找到合适的高溫针料 的替代材料，WRoHS为代表的法规对微电子行业中特定用途的高铅针料的使用给予暂时豁 免。
[0004] 无铅针料替代高铅针料必须满足W下要求：
[0005] (1)固相点要高于260°c (避免针料的二次回流)和液相点要低于400°C (由于聚合 物基体玻璃态转变溫度的限制），W及尽量小的烙程；（2)较低的剪切模量；（3)良好的热导 率和较低的电阻系数；（4)良好的抗氧化性；（5)良好的抗腐蚀性；（6)良好的加工性能，可W 做成不同形状的成品；（7)可接受的成本价格;（8)无毒性；（9)易于开采，储量丰富。
[0006] 从国内外的研究现状看，候选的高溫无铅针料合金系中，有Au-Sn、化-Al、Bi-Ag、 Sn-Sb、Zn-Sn專^兀合金系。目自U已经头用化的无铅局溫软针料王要是Au基合金，强度局、 导电和导热性优良，但是比较脆，延伸率较小，不易加工成各种形状，应力松弛能力较差。此 夕h由于Au价格昂贵，只用于高端领域。
[0007] 日本专利特開2014-151364,提出了化-(6-8)In针料及在此基础上添加了5%A1或 者0.1%Ge或少量Bi为特征的针料合金。但该合金中含有铜，In在地壳中的丰度很低，且价 格昂贵，不适合大规模使用。中国专利CN102672367A提出了Zn基高溫无铅软针料由W下重 量百分含量的成分组成：15-40 %锡，0.5-8 % Cu，0.1-1 %铜钦混合稀±，0.1-3 %Mg，0.1- 2%Bi，余量为化。但是合金组元多，实用性较差。中国专利CN102554491A提出了化基高溫无 铅软针料由W下重量百分含量的成分组成：2-30%的侣，1-20%的锡，0.1-8%的铜，0.01- 3.0 %的铁，0.1-1.0 %的儘和/或0.1-1.0 %的铜姉稀±，余量的锋。但该合金抗拉强度提 高，合金的塑性成形能力降低。中国专利CN101380701A提出了祕基高溫无铅针料，其原料组 份按重量计为:2-8%錬;2-12%锡，0.5-5%铜，其余为祕。但是Bi的脆性很大。另外，Bi 是铅的副产品，使用含Bi的针料必然要加大对铅矿的开采，造成对环境的污染。
[000引技术方案：
[0009]为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、易于控制、储热量大、储 能效果好的聚乙二醇/尼龙固固相变储能材料的制备方法。
[0010] 本发明是采用如下技术方案实现的：
[0011] 一种化Sn基高溫无铅软针料的制备方法，包括W下步骤：
[0012] 步骤一）将20~32重量份的氯化钟和18~25重量份的氯化裡混合，在450°C~550 °C下烙化后加入80重量份的锋和20重量份的锡上；
[0013] 步骤二)将溫度升至600°C~800°C，待锋、锡烙化后，将0.2~1重量份的Ni或0.1~ 1重量份姉铜稀±RE加入到烙融的金属液中，揽拌均匀；
[0014] 步骤=)保溫1~2小时，揽拌，使合金均匀化，静置出炉，合金凝固后去除合金表面 的混合盐。
[0015] 进一步的改进，所述步骤二）中，将0.1~1重量份姉铜稀±RE加入到烙融的金属液 中。
[0016] 进一步的改进，所述步骤二）中，将0.5重量份姉铜稀±RE加入到烙融的金属液中。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0018] 本发明的针料不仅合金组元较少，实用性强，成本低，无毒，无污染，冶炼方便，而 且润湿工艺性能及剪切强度得到了改善。电阻率没有显著下降，适用于高溫领域的微电子 封装。
【具体实施方式】：
[0019] 为了更好的对本发明进行阐述说明，
【申请人】例举了如下实施例。
[0020] 实施例1:
[0021 ] 将26克的氯化钟和20克氯化裡混合盐在460°C下烙化后诱在79.84克锋和19.96克 锡上。将炉溫升至62(TC，使金属及混合盐烙化后将0.2克Ni加入到烙液当中，同时不断揽 拌，形成合金。保溫1小时，不断揽拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混 合盐。
[0022] 实施例2:
[0023] 将26克的氯化钟和20克氯化裡混合盐在460°C下烙化后诱在79.68克锋和19.92克 锡上。将炉溫升至78(TC，使金属及混合盐烙化后将0.4克Ni加入到烙液当中，同时不断揽 拌，形成合金;保溫1.5小时，不断揽拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的 混合盐。
[0024] 实施例3:
[0025] 将23克的氯化钟和18克氯化裡混合盐在500°C下烙化后诱在79.36克锋和19.84克 锡上。将炉溫升至70(TC，使金属及混合盐烙化后将0.8克Ni加入到烙液当中，同时不断揽 拌，形成合金;保溫2小时，不断揽拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混 合盐。
[0026] 实施例4:
[0027] 将26克的氯化钟和20克氯化裡混合盐在490°C下烙化后诱在79.92克锋和19.98克 锡上。将炉溫升至70(TC，使金属及混合盐烙化后将0.1克RE加入到烙液当中，同时不断揽 拌，形成合金;保溫1小时，不断揽拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混 合盐。
[002引实施例5:
[0029] 将32克的氯化钟和25克氯化裡混合盐在500°C下烙化后诱在79.6克锋和19.9克锡 上。将炉溫升至720°C，使金属及混合盐烙化后将0.8克RE加入到烙液当中，同时不断揽拌， 形成合金;保溫1.5小时，不断揽拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混 合盐。
[0030] 实施例6:
[0031] 将26克的氯化钟和20克氯化裡混合盐在490°C下烙化后诱在79.2克锋和19.8克锡 上。将炉溫升至650°C，使金属及混合盐烙化后将1.0克RE加入到烙液当中，同时不断揽拌， 形成合金;保溫1.5小时，不断揽拌，使合金均匀化。静置出炉，待合金凝固后去除表面的混 合盐。
[0032] 下面通过若干实例的试验数据W图表的形式说明本发明含Ni或姉铜稀±的无铅 针料改进后的性能，并与在相同条件下获得的化20Sn针料进行比较。
[0033] 表1是6种含Ni或姉铜稀±的锋锡基无铅针料及化20Sn针料成分表，表中组成均为 重量百分比，RE表示姉铜稀±，同时还给出了各针料的烙化溫度。针料的烙化溫度是通过 DSC曲线测得的。从表1中可W看出，本发明实例1~6具有与Zn20Sn无铅针料相近的烙化溫 度，适合无铅软针焊工艺条件。
[0034] 表2是本发明实例1~6与Zn20Sn无铅针料剪切强度及铺展面积的比较。从表中可 W看出，本发明实例1~6的剪切强度比Zn20Sn针料的大，本发明实例1~6的铺展面积比 Zn20Sn针料的大，单独添加RE的针料比单独添加Ni的铺展工艺性能更好。本发明实例1~6 的电阻率与化20Sn针料相差不大，适用于微电子行业电子封装。
[0035] 表1针料合金成分及烙化溫度
[0036]
[0037] 表2各针料合金的剪切强度、铺展面积及电阻率
【主权项】
1. 一种ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一）将20~32重量份的氯化钾和18~25重量份的氯化锂混合，在450°C~550°C下 熔化后加入80重量份的锌和20重量份的锡上； 步骤二）将温度升至600 °C~800 °C，待锌、锡熔化后，将0.2~1重量份的Ni或0.1~1重 量份铈镧稀土RE加入到熔融的金属液中，搅拌均匀； 步骤三)保温1~2小时，搅拌，使合金均匀化，静置出炉，合金凝固后去除合金表面的混 合盐。2. 如权利要求1所述的一种ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤 二）中，将0.1~1重量份铈镧稀土RE加入到熔融的金属液中。3. 如权利要求2所述的一种ZnSn基高温无铅软钎料的制备方法，其特征在于，所述步骤 二）中，将0.5重量份铈镧稀土RE加入到熔融的金属液中。4. 一种采用权利要求1所述的方法制备出的ZnSn基高温无铅软钎料。
【文档编号】B23K35/28GK105904115SQ201610415466
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】田君, 戴品强, 李小军
【申请人】福建工程学院