專利名稱：無鉛焊料、焊接接合產品及電子元件的制作方法
無鉛焊料、^##^產品及電子元件本發明涉及一種無鉛焊料、利用無鉛焊料連接而制造的的焊接接合 產品和電子元件，所述無鉛焊料具有良好的抗氧化性、機械性能和潤濕 性并易于被塑性加工。背景狄近年來，出于對4^的環>^保護人們^^關注環嫂問題。^il種境況下， 工業廢^o^棄lt量的增加成為嚴重的問題。所4吏用的焊料，例如，包^t在工業 廢品中的電力控制計算機的基仗、家用電器和個人電腦中包括在工業廢品中使 用焊料。有害的重金屬，如鉛有時>^^^些焊料中流出。例如，當焊料流出時，鉛作用于酸雨等產生含鉛的水M，而JM^^常^^^A^下7jC。在日本，于1998科，j定了家用電l^"循環法，并在2001年對家用電絲 求回 棄制品。在歐洲，自2004年開始，由歐洲議姊電氣與電^i殳備廢棄 物委員會的指令已經禁止作為特歹械質的鉛的^^。這樣，有關鉛4M的法律 敗已經^F格，無鉛焊料的狄已是迫切需要(參見，例如，非專利文獻l)。 焊料^L^k^電子^^接多個在包括熱循環、才械沖擊、4M^fi動等嚴 峻環嫂下使用的細L^L件中^iJ重要的作用。并JL^無鉛焊料中，要求具有與 傳統錫(Sn) KPb)焊^Hit似的熔點、絲良好的;N^性能、潤濕'I^p足夠 好g形為帶M絲狀的塑性加工性能。然而，在傳統的無鉛焊料中，通常^ Sn (錫)-Zn (鋅)或Sn (錫)-Bi (鉍)焊料以提供與Sn (錫)-37wt%Pb (鉛)焊料(溶點1831C )近似的熔點， 或者添加大量的In (銦)或Bi (鉍)到，例如，Sn (錫)"Cu (銅)、Sn (錫) -Ag (銀)或Sn (錫)"Cu (銅)-Ag (銀)焊料中以l^f^L點。例如，所^A的 Sn (錫)-9. Owt% Zn (鋅)(熔點)、 Sn (錫)-58. Owt% Bi (鉍)(熔點 138 °C )、 Sn (錫)-0. 5wt°/。 Cu (銅)-4. Owt% Ag (銀)-8wt% In (銦)(熔點2 08x:)為此類焊料。然而，因為這些焊料包括大量可引^Mt的元素，例如，機 械性能和塑寸仏工性能惡化，從而4lb^保證令A^意的縣結合強度和可靠性。
更進一步，這些無鉛焊料當塑寸仏工時很可能導^/)!4^壞等，因此，對這些無鉛焊料來i^lb^成功^受擠壓、軋制、拔絲等。因此，帶城絲狀的成形 產品^j^上無法生產。基于上ii^因，無鉛焊料的應用受到極大限制。(非專利 文獻1)對歐洲議^電氣與電子設備廢棄物委員會的指令的建議，歐洲共同體 委員會，布魯塞爾(Brussels), 2000年6月13日。 發明內容如上所述，由于傳^iL鉛焊料包括大量可引^/M匕的元素，例如，；^0^性 負&和塑'l^口工性能惡化，從而m^保證令A^意的)W結合強度和可靠性。更 進一步，這些無鉛焊料在塑',工時會導M/I^t壞等，因此，對這些無鉛焊 料來i)Wrt成功,受擠壓、軋制、M等。因此，帶城絲狀的成形焊料產 品J4Ui無法制造。基于上ii^、因，無鉛焊料的應用受到絲的P艮制。本發明是為了解決KL^H^中的上述問題，并iL^發明的目的是提^-種 無鉛焊料、利用該無鉛焊料連接制造的高可靠性的焊##合產品和電子部 件，所狄鉛焊料具有優良的^lL化性、Wfe性負沐塑',工性能，能浙呆證 令人滿意的焊接結^ 雖度和可靠性，并可^^形為帶絲絲狀。上述目的可通過含有錫(Sn) J^^i無鉛焊料實現，所述錫基^r具有 不低于0. 005wt %且不超過2. Owt %的鉭(Ta )。條本發明，還提l種含有錫(Sn)基^^i無鉛焊料，所述錫基R 含有不低于0. 005wt %且不超過2, Owt %的鉭(Ta )、不低于0. lwt %且不超過 10. 0wt。/。的鋅(Zn),余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。條本發明，還提^-種含有錫(Sn)基^^無鉛焊料，所述錫基妙 含有不低于0. 005wt %且不超過2. 0wt %的鉭(Ta )、不低于0. lwt %且不超過 60. 0wt。/。的鉍(Bi )，綠由錫(Sn)和不可狄的雜質城。條本發明，還提[種含有錫(Sn)基^^無鉛焊料，所述錫基妙 含有不低于0. 005wt %且不超過2. 0wt %的鉭(Ta )、不低于0. lwt %且不超過 10. 0wt。/。的銦(In),余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。條本發明，還提^"種含有錫(Sn)基^^i無鉛焊料，所述錫基R 含有不低于0. 005wt Q/。且不超過2. 0wt %的鉭(Ta )、不低于0. Olwt %且不超過 7.5wt。/。的銅(Cu)，余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。條本發明，還提^-種含有錫(Sn)基^r的無鉛焊料，所述錫基絲
含有不低于0. 005wt %且不超過2. Owt 。/。的鉭(Ta )、不低于0. Olwt %且不超過 5. Owt。/。的l艮(Ag)，余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。條本發明，還提#~"種含有錫(Sn)基^^i無鉛焊料，所述錫基M 含有不低于0. 005wt %且不超過2. Owt %的鉭(Ta )、不低于0. Olwt %且不超過 5. Owt %的銀(Ag )、不低于0. Olwt %且不超過7. 5wt %的銅(Cu )，襯由錫(Sn) 和不可^的雜質M。才 本發明的一個無鉛焊*[^逸實施方案，錫基^ii一步含有選自銦和 鉍的至少一種附加元素(Y)。才娘本發明的一個無鉛焊料更絲實施方案，在所述錫基^T中，選自銦 和鉍的附加元素(Y)的襯為，銦不超過10wtQ/。、鉍不超過60wt0/。。才緣本發明的一個無鉛焊料優選實施方案，錫基^rii一步含有選自鈷 (Co)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銻(Sb)和鍺(Ge)的至少一種附加元 素(X)。才娥本發明的一個iL4&焊料更優選實施方案，在所述錫基合金中，選自鈷、 鈦、鎳、鈀、銻和鍺的附加元素(X)的^l:為，對于每種附加元素(X)， ^J: 不超過O. 5wt%，當含有多種附加元素(X)時，多種附加元素(X)的總量不超 過l. Owt%。才娥本發明的無鉛焊料可以是骨狀、帶狀、絲^ML糾。才娥本發明，還可提供由上述任何一種無鉛焊料連接而制造的焊接接 合產品。才娥本發明，可提供由上述任何一種無鉛焊料連接而制造的電子部件。 根據本發明的無鉛焊料，其具有良好的抗氧化性，并能很好并容易 地實現塑性加工，如擠壓、軋制和拔絲。更進一步，根據本發明的無鉛 焊料，當被用作焊料時，在焊料所需的各方面性能上都表現優異，比如， 機械性能和濕潤性。因此，本發明可提供一種無鉛焊料，其具有優異的 抗氧化性、機械性能和塑性加工性能，并能保證令人滿意的焊接結合強 度和可靠性，并能夠被塑性加工成帶狀或絲狀。由于根據本發明的無鉛焊料具有不需顯著增加熔點就可實現的提高的潤濕性，因此在有效防止待利用熱連接的物體的損壞的同時，能夠實 現焊接結合強度和可靠性的顯著提高。因此，本發明可提供具有良好結 合強度和可靠性的焊接接合產品、優選具有各種電子元件的電子部件，如，LED發光元件、SEDs (表面傳導電子發射顯示器)或與其所連接的安


圖 1 為顯示形成在基板上的根據本發明的 Sn-3Ag-0. 5Cu-4In-0. 05Ta焊料的熔體薄膜狀態的照片；圖2為顯示形成在基板上的Sn-3Ag-0. 5Cu焊料的薄膜狀態的照片； 圖3為顯示形成在基板上的Sn-3Ag-0. 5Cu-4In焊料的薄膜狀態的照片；圖4為顯示以滴落方法評價Sn-3Ag-0. 5Cu-4In-0. 05Ta焊料的表面張 力中形成的根據本發明的Sn-3Ag-0. 5Cu-4In-0. 05Ta焊料的液滴形狀圖；圖5為顯示以滴落方法評價Sn-3Ag-0. 5Cu焊料的表面張力中形成的 Sn-3Ag-0. 5Cu焊料的液滴形狀圖；圖6為顯示以滴落方法評價Sn-3Ag-0. 5Cu-4In焊料的表面張力中形 成的Sn-3Ag-0. 5Cu-4In焊料的液滴形狀圖，；圖7為簡要說明在實施例1和2中實施的"熱循環測試"的圖。
具體實施方式
[無鉛焊料]根據本發明的無鉛焊料含有Sn (錫)基合金，所述錫基合金包含不 低于0. 005wt。/。且不超過2. Owt。/。的鉭(Ta)。 iH/(M的術語"無鉛焊料"通 常是指含Pb (鉛)量不超過1000ppm的合金。才娥本發明，含有預定量的鉭的無鉛焊料可以分為(i) Sn-Ta基合金， (ii) Sn-Zn-Ta基合金，(iii) Sn-Bi-Ta基合金，(iv) Sn-Cu-Ta基合金， (v) Sn-Ag-Ta基合金，和(vi) Sn-Cu-Ag-Ta基合金。本發明中，即使當一種無鉛烊料屬于合金(i)到(vi)的任何一種時， 鉭作為一種必不可少的成份都必須含有，并且其量不低于0.005 wt。/。不 高于2. 0 wt%。鉭是一種主要為提高焊料的潤濕性和焊接部分機械性能的重要的成 份。鉭作為一種添加元素降低了錫或錫合金熔體的表面張力以提高焊料
潤濕待焊接構件的能力。并且，鉭導致錫或錫合金凝固過程中Sn-Ta金 屬間化合物的成核，這樣有助于晶體結構的細化。當鉭含量低于0. 005 wt %時，盡管在細化凝固組織方面可以獲得滿意的效果，但卻不能獲得通 過降低表面張力而提高潤濕性的效果。另一方面，當鉭含量高于2. Owt%， 在一些情況下，在某些冷卻條件下形成粗大的Sn-Ta金屬間化合物，從 而盡管可以獲得出色的潤濕性但導致了焊接強度的降低。在根據本發明 的無鉛焊料中的鉭含量優選0. 05到1. 0 wt 4的范圍，尤其優選是0.1到 0. 5wt i的范圍，因為可以獲得潤濕性和機械性能的最佳平衡，并且可以 獲得最佳的焊接性能。根據本發明的Sn-Ta基無鉛焊料(i)包含錫、預定量的鉭、可選擇的 各種添加元素(它們將會被詳細介紹)和不可避免的雜質。由于根據本 發明的Sn-Ta基無鉛焊料含少量的鉭，因而這種無鉛焊料不改變純錫的 熔點2321C,在這個熔化區間內同時具有出色的潤濕性能和機械性能。Sn-9 wt% Zn的共晶組成具有最低的熔點(熔點)， 一般被用 作低熔點的無鉛焊料。但是，這種焊料有一個問題，由于高含量的Zn， 可能形成粗大的共晶組織，從而導致不能提供滿意的焊接強度和可靠性。 根據本發明的Sn-Zn-Ta基無鉛焊料(i i)解決上述問題尤其有效。具體來 說，焊料中含有的鉭降低了表面張力，顯著細化Sn-Zn共晶組織，獲得 一種細小均勻的Sn-Zn共晶組織。借此，改善了機械性能。特別A^性 明顯改善，并可抑制凝固時裂紋的出現。這種機制對鋅含量超過9 wt% 的Sn-Zn過共晶組成和鋅含量低于9wt。/4的亞共晶組成也同樣有效，并且 組成不用特別限制。根據本發明的Sn-Bi-Ta基無鉛焊料(iii)與根據本發明的Sn-Zn-Ta 基無鉛焊料(ii)相似，Sn-57 wt% Bi共晶組成(熔點)被通常用 作低熔點無鉛焊料。盡管一部分的鉍溶于錫中形成固溶體，大部分鉍作 為簡單物質形成共晶組織，共晶組織在某些冷卻條件下會粗化。這種粗 大的共晶組織的存在是焊接部分脆性斷裂的主要原因。在確保焊接強度 和可靠性時，鉍含量不應超過5 wt°/。。鉍含量特別優選在0.1到1. 0 wt°/。 的范圍。根據本發明的Sn-Cu-Ta基無鉛焊料(iv) 、 Sn-Ag-Ta基無鉛焊料(v) 和Sn-Cu-Ag-Ta基無鉛焊料(vi)也有與根據本發明的Sn-Zn-Ta基無鉛焊 料和Sn-Bi-Ta基無鉛焊料相同的鉭加入效果。 一般來說，使用接近 Sn-O. 5到0. 75 wt% Cu共晶組成的組成和接近Sn-0. 5到0. 75 wt% Cu-3. 0 到3. 5 wt% Ag三元共晶組成的組成。為了提高烊料的熔點(液相線溫度)， 也使用一種銅含量超過7.5 wtX的過共晶組成，其銅含量遠高于Sn-0. 7 wt% Cu共晶組成的銅含量，或使用一種含有銅含量低于0.5 wtW的亞共 晶組成，其銅含量遠低于Sn-0. 7 wt% Cu共晶組成。在Sn-Cu基無鉛焊 料的所有組成中，都可以獲得鉭的加入效果。這對于Sn-Ag基無鉛焊料 和Sn-Cu-Ag基無鉛焊料也成立。如上所述，如果有必要也可以在根據本發明的無鉛焊料(i)至(vi)中 使用各種添加元素。選自鈷(Co)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銻(Sb) 和鍺(Ge)的至少一種添加元素(X)可以作為添加元素的具體優選例來 舉例。使用添加元素(X)可以降低熔化的無鉛焊料的表面張力，提高潤 濕性。例如，日本專利申請No. 65858/2004描述通過加入鈷(Co )、鎳(Ni) 和鈀(Pb)可降^f"面張力。對于在根據本發明的無鉛焊料中作為添加元素的所有的鈷、鈦、鎳、 鈀、銻和鍺，其添加量優選不低于0. 005 wa且不高于0. 5 wt%。當添加 量低于0. 005 wtM時，不能保證滿意的表面張力降低。另一方面，當添加 量高于O. 5w04時，在某些冷卻條件下可能形成粗大的金屬間化合物，這 樣，機械性能有時會惡化。當無鉛焊料中含有多種添加元素(X)時，添 加元素(X)的總含量優選不高于1. 0 wt%，特別優選不高于0. 7 wt、當根據本發明的無鉛焊料是Sn-Cu-Ta基無鉛焊料(iv)、 Sn-Ag-Ta 基無鉛焊料(v)或Sn-Cu-Ag-Ta基無鉛焊料(vi)時，除了上迷的添加元素 (X)外，還可以可選使用其它添加元素。選自銦(In)和鉍(Bi)的至少一 種添加元素(Y)可例舉為其它添加元素的具體優選例。當在根據本發明的 無鉛焊料中使用添加元素(Y)時，添加元素(X)可以有也可以沒有。并且， 在根據本發明的無鉛焊料中，只要得到本發明的效果，除了添加元素(X) 和添加元素(Y)以外也可以存在其它添加元素。銦(In)主要是一種用于降低無鉛焊料熔點的成份，通過考慮到所應 用于的電子元件的允許溫度范圍與材料成本之間的平衡而適當地規定。
一般說來，從抗氧化角度來看，銦的加入量優選不高于10.0 wt%，特別 優選不高于5. 0 wt%。鉍(Bi)主要是一種用于降低無鉛焊料熔點的成份，并且鉍的組成沒 有具體限制。但是，如上所述，當必須保證焊接強度和可靠性時，鉍含 量應不高于5 wt%，特別優選0.1 wt。/。到1. 0 wt%。特別在同時含有鉍和 銦時，鉍、含量優選在0.1 wt。/。到1. 0 w"/4的范圍內。根據本發明的無鉛焊料(i)到(vi)和根據本發明的可選地含有添加 元素(X)和添加元素(Y)的無鉛焊料可以非常容易且效果好地經受塑性加 工，例如，擠出、軋制和拉絲。并且，當作為焊料時，根據本發明的無 鉛烊料(i)到(vi)和根據本發明的可選地含有添加元素(X)和添加元素(Y) 的無鉛焊料在焊料所需的各種性能上都非常優異，例如，連接強度、機 械性能和潤濕性。因此，本發明可提供具有優異連接強度和可靠性的焊接接合產品， 特別是具有各種電子元件的電子部件，例如LED發光元件、SED(表面傳 導電子發射顯示器)或連接其上的安裝基板。根據本發明的無鉛焊料可采用任何所需方法制造而沒有特別的限 制。例如根據本發明的無鉛焊料可以通過在或高于每一種組份熔點的溫 度下，熔體攪拌(kneading)必需的組份，例如，錫(Sn)、鉭(Ta)、鋅 (Zn)、鉍(Bi)、銅(Cu)、或銀(Ag),可選組份，例如，添加元素(X)或添 加元素(Y)，有必要的話還可以添加其它組份以提供具有預期成份的無鉛 焊料，然后冷卻混合物而制造出來。根據本發明的無鉛焊料優選制造方 法為，將構成預期無鉛焊料所需含量或更低含量的錫與一種或至少兩種 上述的必需的組份和/或可選的組份事先合金化，然后將已合金化的產品 (預合金化產品)與所需錫含量的剩余量和必需的組份和/或可選組份的 剩余量合金化，以提供預期的無鉛焊料。這樣，可以很容易地制造出含 有均勻且緊密分歉的錫和上述金屬組份的焊料。為了阻止由于無鉛焊料 氧化所導致的性能惡化，無鉛焊料和它的組成成份優選在惰性氣氛下處 理，例如氮氣、氬氣、或氦氣氣氛。根據本發明的無鉛焊料在室溫下是固體或糊，這取決于例如，無鉛 焊料的組成、具體制造條件和其它條件。
這樣制造的根據本發明的無鉛焊料可以非常容易且效果好地經變塑 性加工，例如，擠出、軋制和拉絲。并且，當用作焊料時，才艮據本發明 的無鉛焊料在焊料所需的各種性能上都非常優異，例如，結合強度、機 械性能和潤濕性。根據本發明的無鉛焊料的潤濕性為，JIS Z 3198-3所規定的潤濕鋪 展百分比OO，對(i) Sn-Ta基無鉛焊料為75到80%,對(ii) Sn-Zn-Ta 基無鉛焊料為60到70%,對(iii) Sn-Bi-Ta基無鉛焊料為80到90%， 對(iv) Sn-Cu-Ta基無鉛焊料為70到85%,對(v) Sn-Ta-Ag基無鉛焊料 為75到85 % ，對(vi) Sn-Cu-Ag-Ta基無鉛焊料為75到85 % ,對這些無 鉛焊料的每一種來說，與上述除了不含鉭之外均相同的焊料相比，潤濕 性(鋪展百分比)可實現提高15%或更高。無鉛焊料的潤濕性可以通過在基板上放置預定厚度的焊料層，在空 氣氣氛中將該組合件加熱到焊料熔點或該熔點以上的溫度，視覺觀察由 熔融焊料形成的焊料膜的狀態。圖1為顯示帶狀焊料(2)的狀態的圖，它是由尺寸為長25mm x寬25mm x厚150 y m的Sn-3Ag-0， 5Cu-4In-0. 05Ta帶狀焊料作為根據本發明的焊 料，將帶狀焊料放在涂有焊劑的無氧銅片(l)上，在溫度250。C熱處理 組合件以熔化焊料然后凝固焊料后提供的。圖2為顯示除了使用 Sn-3Ag-0. 5Cu以外與圖1所示相同的帶狀焊料代替上述根據本發明的焊 料的圖。圖3為顯示除了使用Sn-3Ag-0. 5Cu-4In以外與圖1所示相同的 帶狀烊料代替上述根據本發明的焊料的圖。>^1些圖中可看出，杉li&本發明的無4&^料^W^的潤濕性，在^Ji可 以形成具有J4^勻厚度的焊料膜。另一方面，對于其它焊料，由于潤濕性碎 A;滿意，"^p^^h^l^態凈ici^排斥。因此，不能形成一個均勻的焊料膜， 并且出m^料非^^部分3或焊料膜的過分^^部分4。 jtW卜，焊料膜的輪廓不 清晰。對于潤濕性差的焊料，不能夠實現滿意的焊接結^ 雖度，并且，更進一步， ^r^負^f料漏出而ii^非希望的區域。因此，這種焊料不適絲別^J于需要 高精;t^^^接質量的應用領域中，例如，作為用于高精度電子元件的連接或布 線的焊料。此外，焊料的潤濕性可以通過落滴法測量熔融狀態的焊料的表面張
力來評定。落滴法是一種利用這樣的性質測量表面張力的方法，當液體 通過一個圓管開口滴落時，由于焊料液滴的重量克服了液滴的表面張力 而使得焊料液滴滴落。圖4所示為本發明的Sn-3Ag-0. 5Cu-4In-0. 05Ta焊料的熔體逐步從 一個直徑為0. 7mm的圓形管開口流出的場合剛要滴落前焊料液滴的形狀。 圖5所示為用除了采用Sn-3Ag-0. 5Cu以外與圖4所示相同的焊料代替圖 4中的焊料的液滴形狀。圖6所示為用采用Sn-3Ag-0. 5Cu-4In以外與圖 4所示相同的焊料代替圖4中的焊料的液滴形狀。在每個圖中，熔融的焊 料的表面張力Y可以通過焊料液滴剛要滴落前的焊料液滴水平方向上的 最大直徑de和在距離焊料液滴前端距離de的位置處的焊料液滴水平方 向上的直徑ds的關系被計算出來Y =g* p (de) VH式中Y代^面張力；g代表重力常數；de代表最大直徑；H代表校 正因子(H-ds/de),如上式所示，ds值越大，表面張力越低。焊料的表面張力越低，潤 濕性越好。圖4所示根據本發明的Sn-3Ag-0. 5Cu-4In-0. ITa烊料的表面張力為 0. 40到0. 42N/m，圖5所示傳統的Sn-3Ag-0. 5Cu焊料的表面張力為0. 38到0.權/m， 圖6所示傳統的Sn-3Ag-0. 5Cu-4In焊料的表面張力為0.43到 0. 46N/m。從上述結果，明顯看出在傳統的Sn-3Ag-0.5Cu焊料中含有4In增加 了表面張力，在該焊料中含有O.lTa降低了表面張力從而實現好的潤濕 性。根據本發明的無鉛焊料具有優良的抗氧化能力，這樣，極大的抑制 了由于氧化導致的各種性能的惡化，進而，不易產生主要由焊料氧化物 組成的所謂的"浮渣"。例如，對于根據本發明的無鉛焊料，產生的浮渣 的數量減少到不含鉭的無鉛焊料所產生的浮渣的約五分之一左右。 [生產無鉛焊料成形產品的工藝]根據本發明的無鉛焊料成形產品的生產工藝的特征在于包括，溶解
行塑性加工來制備成形產品的塑性加工步驟。一般來說，傳統的無鉛焊料不能毫無困難地進行塑性加工，即使塑 性加工可以很成功完成，但難以獲得作為焊料所需滿足的機械性能、潤 濕性和其它性能。另一方面，根據本發明的無鉛焊料可以非常容易且效 果很好的被塑性加工，即使在塑性加工后，也具有作為焊料應滿足的好 的機械性、潤濕性能、焊接結合強度和其它性能。根據本發明的無鉛焊料成形產品的制造工藝，可以容易地制造出具 有所需形狀和尺寸的焊料成形產品，其具有作為焊料應滿足的性能。在 本發明中，無鉛焊料成形產品可以生產出用傳統一般無鉛焊料迄今無法 實現的形狀，例如，帶、絲或棒狀。根據本發明的優選的帶狀無鉛焊料成形產品的具體實例包括厚度為50到500 jam,尤其優選100到150 jam的那些。才艮據本發明的優選的絲 狀無鉛焊料成形產品的具體例包括絲直徑為0.1 mm到1 mm,特別優選 0. 2 mm到0. 5 mm的那些。根據本發明的棒狀無鉛焊料成形產品的形狀和 尺寸沒有特別限制。但是，為了使得鑄造的棒狀無鉛焊料成形產品中化 學成分的偏析最小化，冷卻速度優選不低于l'C/sec。進而，棒狀無鉛焊 料成形產品的例子包括由擠出鑄錠后將擠出物進行塑性加工例如禮制而 制造出的具有均勻組織的棒狀無鉛焊料成形產品，或通過直接軋制熔融 的無鉛焊料來制造棒狀無鉛焊料成形制品。根據本發明的無鉛焊料成形產品特別適合用作對如具有各種電子元 件部，如LED發光元件，和SEDs (表面傳導電子發射顯示器)和安裝基 板進行焊接的焊料成形產品。根據本發明的無鉛焊料和無鉛焊料成形產品具有與傳統含鉛的錫焊 料基本相同的熔點，并且具有與傳統無鉛焊料和無鉛焊料成形制品相當 或更優的出色的焊接強度和可靠性。 實施例[實施例1 ]熔化由務9. 0wt %鋅-0. lwt %^^且成的無鉛焊料，并將熔體鑄成直徑為 100mm、長300mm的^H"。然后，將^h擠壓成10mm厚、70mm寬的;^材。然后^=}#材進行軋制，制成100Mm厚、70mm寬的帶。然后，如圖7所示，將附ij涂覆在圖7中所示厚3咖、寬50mm、長60mm 的銅板100的表面上，然后將厚100ium、寬40mm、長50mm的帶;J^f料102放 狄已涂覆的御板100上。接著，將厚0. 5咖、寬30咖、長40mm的鍍有銅的S iN 狄101 ;M在帶^^料102的上部。將組件在溫度230匸、氮氣氣氛中加熱 45秒以粉容。對由此獲得的連接產品在-2 5 r至1251C的*下進行熱循環測試。 在2000周期^^環測試后，連接產品用超聲波探傷^ii，測。結果是，未 發現^^分離。 [實施例2 ];t^f匕由務0. 5wt %銅-2. 5wt %4艮-4. Owt %40~0. lwt %鉭-0. lwt %鈷纟賦的 無鉛焊料，并掙熔體鑄成直徑為100mm、長300mm的^K然后，將^f擠壓成 lOim厚、70mm寬的棒材。然后5 t^材進行軋制，制成100jum厚、70mm寬的帶。然后，如圖7所示，將荊'j涂覆絲3咖、寬50ran、長60mm的御feL100的 表面上，然后將厚100um、寬4m、長50nm的帶^f料102iil^已涂覆的銅 板100上。接著，將厚0.5咖、寬30咖、長40nm的鍍有銅的SiN基仗102M 在帶^J^料101的上部。對組件在溫度25(TC、氮氣氣氛中加熱45秒以約容。對 由此荻得的連接產品在-25t:至125X:的^ff下進行皿環測試。在4000周期熱 循環測^r，連接產品用超聲波探傷 ^#^測。結果是，^L現^^分離。 [雄例1 ]熔化由務9. Owt %鋅的無鉛焊料，并掙熔體鑄成直徑為IOO咖、長300mm 的W。然后，將J3^f"擠壓成截面為厚10mm、寬70mm。結果^jto截面垂直于 擠壓方向在邊緣部分出現許多^對經過擠壓的材^Hi行軋制，制成厚ioo lim、寬40mm、長50mm的帶;l^^料，將該焊^4刀割并用作樣品。然后，用和實施例l相同的方式，將附'J涂覆在厚3咖、寬50mm、長60nm 的銅板100的表面上，然后將厚100jnm、寬40咖、長50咖的帶狀焊料102放 置在已涂覆的銅板100上。接著，將厚0. 5咖、寬30mm、長40mm的鍍有銅的SiN 102 M在帶;W料101的上部。對組件在溫度230X:、氮氣U中加熱 45秒以粉容。對由處荻得的連接產品在-25X:至125X:的^Ht下進行^t環測試。 在750周期,環測試后，連接產品用超聲波探傷^i^fm測。結果是，在 連^^品的四角;^現"i午多*。
權利要求
1. 一種含有錫(Sn)基合金的無鉛焊料，所述錫基合金具有不低于0.005wt％且不超過2.0wt％的鉭(Ta)含量。
2、 一種含有錫(Sn)基^的無鉛焊料，所述錫基^r含有不低于0. 005wt %且不超過2. Owt %的鉭(Ta )、不低于0. lwt %且不超過10. Owt %的鋅(Zn), 余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。
3、 一種含有錫(Sn)基^^i無鉛焊料，所述錫基^^"有;pf氐于0. 005wt %且不超過2. Owt %的鉭(Ta )、不低于0. lwt %且不超過60. 0wt %的鉍(Bi), 余量由錫(Sn)和不可避免的雜質《誠。
4、 一種含有錫(Sn)基^^l無鉛焊料，所述錫基^^有不低于0. 005wt %且不超it2. Owt %的鉭(Ta )、不低于O. lwt %且不超過l 0. Owt %的錮(In )， 余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。
5、 一種含有錫(Sn)基^r的無鉛焊料，所述錫基^^"有;M氐于0. 005wt %且不超過2. Owt %的鉭(Ta )、不低于0. Olwt %且不超過7. 5wt %的銅(Cu )， 余量由錫(Sn)和不可避免的雜質組成。
6、 一種含有錫(Sn)基鍵的無鉛焊料，所述錫基^r含有不低于0. 005wt %且不超過2. Owt %的鉭(Ta )、不低于0. Olwt %且不超過5. Owt %的銀(Ag )， 余量由錫(Sn)和不可遊免的雜質組成。
7、 一種含有錫(Sn)基^r^無鉛焊料，所述錫基^ir含有不低于0. 005wt %且不超過2. 0 %的鉭(Ta )、不低于0. Olwt %且不超過5. Owt %的銀(Ag )、不 低于0. Olwt %且不超過7. 5wt %的銅(Cu )，余量由錫(Sn)和不可避免的雜質 減。
8、 3t^利要求1至7中^-項所述的無鉛焊料，其中所述錫基^ii一步 包^自銦和鉍的至少一種附加元素(Y)。
9、 ^慎求8所述的無鉛焊料，其中，在所述錫基合金中，選自銦和鉍 的附加元素(Y)的短為，銦不超過10wt。/。且鉍不超過60wt。/0。
10、 M5U'J^求1至9中^^項所述的無鉛焊料，其中所述錫基^^一 步包含選自鈷(Co)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銻(Sb)和鍺(Ge)的至 少一種附加元素(X)。
11、 如^u'誤求io所述的無鉛焊料，其中，在所述錫基合金中，選自鈷、 鈦、鎳、鈀、銻和鍺的附加元素(x)的好為，對于每種附加元素(x)， ^f: 不超過0.5wt。/。，當含有多種附加元素(x)時，多種附加元素(x)的總量不超 過l. Owt%。
12、 H5U'J^求1至11中任一項所述的無鉛焊料，其是骨狀、帶狀、絲狀
13、 一種利用根據;M'漆求1至12中>(—項所述的無鉛焊*接而成的 焊接接合產品。
14、 一種利用根據W'虔求1至12中^-項所述的無鉛焊絲接而成的 電子部件。
全文摘要
本發明提供一種無鉛焊料，其具有良好的抗氧化性能，并能容易并良好地進行塑性加工。該無鉛焊料及無鉛焊料成形制品可提供焊接接合制品，特別是電子部件，其有很高的可靠性，例如，機械強度和連接強度。本發明還提供用該無鉛焊料連接而成的焊接接合產品及電子部件。
文檔編號B23K35/26GK101209516SQ200610130968
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月27日 優先權日2005年12月27日
發明者久里裕二, 龍坦桐 申請人:株式會社東芝