权利要求
1.一种无
铅合金焊料，其特征在于，应用于显示屏，所述无
铅合金焊料包括主熔合金和互熔合金，所述主熔合金的熔点为138℃～200℃，所述互熔合金的熔点为210℃～280℃，所述主熔合金至少包括
锡和铋，所述互熔合金至少包括锡和银以及和/或，锡和
铜;
所述无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下对所述显示屏中的发光二极管进行焊接。
2.根据权利要求1所述的无铅合金焊料，其特征在于，所述主熔合金还包括银、铜和
镍中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的无铅合金焊料，其特征在于，所述主熔合金按质量百分比计包括：
铋，30wt%～40wt%;
银，0wt%～2wt%;
铜，0wt%～1wt%;
镍，0wt%～0.1wt%;
余量为锡。
4.根据权利要求3所述的无铅合金焊料，其特征在于，在所述主熔合金包括锡、铋、银、铜和镍的情况下，所述主熔合金按质量百分比计包括：
铋，30wt%～40wt%;
银，0.1wt%～2wt%;
铜，0.1wt%～1wt%;
镍，0.01wt%～0.1wt%;
余量为锡。
5.根据权利要求1所述的无铅合金焊料，其特征在于，所述互熔合金还包括锑和镍中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的无铅合金焊料，其特征在于，所述互熔合金按质量百分比计包括：
银，0.01wt%～4wt%;
铜，0.01wt%～3wt%;
锑，0wt%～3wt%;
镍，0wt%～0.1wt%;
余量为锡。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的无铅合金焊料，其特征在于，所述无铅合金焊料还包括金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒用于能够在所述焊接温度下与所述主熔合金生成金属间化合物。
8.一种显示屏，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的无铅合金焊料，所述显示屏包括电路板和发光二极管，所述发光二极管设置在所述电路板的一侧，所述无铅合金焊料位于所述发光二极管与所述电路板之间，所述无铅合金焊料用于在所述焊接温度下能够将所述发光二极管焊接于所述电路板上。
9.一种无铅合金焊料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别形成主熔合金和互熔合金;其中，所述主熔合金的熔点为138℃～200℃，所述互熔合金的熔点为210℃～280℃，所述主熔合金至少包括锡和铋，所述互熔合金至少包括锡和银以及和/或，锡和铜;
分别将所述主熔合金制成主熔合金粉末，以及将所述互熔合金制成互熔合金粉末;
将所述主熔合金粉末和所述互熔合金粉末进行物理混合，得到所述无铅合金焊料;其中，所述无铅合金焊料应用于显示屏，所述无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下对所述显示屏中的发光二极管进行焊接。
10.根据权利要求9所述的无铅合金焊料的制备方法，其特征在于，所述将所述主熔合金粉末和所述互熔合金粉末进行物理混合，得到所述无铅合金焊料包括：
将所述主熔合金粉末和所述互熔合金粉末进行物理混合后，再加入金属纳米颗粒并进行物理混合，得到所述无铅合金焊料;其中，所述金属纳米颗粒用于能够在所述焊接温度下与所述主熔合金生成金属间化合物。
说明书
技术领域
[0001]本申请属于显示技术领域，具体涉及一种无铅合金焊料及其制备方法、显示屏。
背景技术
[0002]随着电子行业的无铅化发展，铅(Pb)元素已经逐渐被淘汰。为了使发光二极管(light emitting diode，LED)显示屏的贴灯焊料为无铅焊料，目前使用过高温焊料将LED灯珠焊接于印制电路板(printed circuit board，PCB)上。但是，高温焊料的焊接温度一般在240℃以上，温度过高导致可能存在LED灯珠易黄化变色、PCB变形、PCB内部电路失效风险增加和电能消耗大等问题。
[0003]因此，低温焊料应运而生。目前常用的低温焊料的焊接温度可以低于高温焊料的焊接温度。然而，低温焊料可能导致焊点的脆性急剧增加，焊点在服役过程中容易脱落失效，进而导致LED显示屏发生损坏。
发明内容
[0004]本申请的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种无铅合金焊料及其制备方法、显示屏，以解决目前常用的高温焊料和低温焊料存在的一些问题。
[0005]为了实现上述申请目的，本申请的第一方面，提供了一种应用于显示屏的无铅合金焊料，所述无铅合金焊料包括主熔合金和互熔合金，所述主熔合金的熔点为138℃～200℃，所述互熔合金的熔点为210℃～280℃，所述主熔合金至少包括锡和铋，所述互熔合金至少包括锡和银以及和/或，锡和铜;
[0006]所述无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下对所述显示屏中的发光二极管进行焊接。
[0007]在一些实施方式中，所述主熔合金还包括银、铜和镍中的至少一种。
[0008]在一些实施方式中，所述主熔合金按质量百分比计包括：
[0009]铋，30wt%～40wt%;
[0010]银，0wt%～2wt%;
[0011]铜，0wt%～1wt%;
[0012]镍，0wt%～0.1wt%;
[0013]余量为锡。
[0014]在一些实施方式中，在所述主熔合金包括锡、铋、银、铜和镍的情况下，所述主熔合金按质量百分比计包括：
[0015]铋，30wt%～40wt%;
[0016]银，0.1wt%～2wt%;
[0017]铜，0.1wt%～1wt%;
[0018]镍，0.01wt%～0.1wt%;
[0019]余量为锡。
[0020]在一些实施方式中，所述互熔合金还包括锑和镍中的至少一种。
[0021]在一些实施方式中，所述互熔合金按质量百分比计包括：
[0022]银，0.01wt%～4wt%;
[0023]铜，0.01wt%～3wt%;
[0024]锑，0wt%～3wt%;
[0025]镍，0wt%～0.1wt%;
[0026]余量为锡。
[0027]在一些实施方式中，所述无铅合金焊料还包括金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒用于能够在所述焊接温度下与所述主熔合金生成金属间化合物。
[0028]本申请的第二方面，提供了一种显示屏，包括上述的无铅合金焊料，所述显示屏包括电路板和发光二极管，所述发光二极管设置在所述电路板的一侧，所述无铅合金焊料位于所述发光二极管与所述电路板之间，所述无铅合金焊料用于在所述焊接温度下能够将所述发光二极管焊接于所述电路板上。
[0029]本申请的第二方面，提供了一种无铅合金焊料的制备方法，该无铅合金焊料的制备方法包括如下步骤：
[0030]分别形成主熔合金和互熔合金;其中，所述主熔合金的熔点为138℃～200℃，所述互熔合金的熔点为210℃～280℃，所述主熔合金至少包括锡和铋，所述互熔合金至少包括锡和银以及和/或，锡和铜;
[0031]分别将所述主熔合金制成主熔合金粉末，以及将所述互熔合金制成互熔合金粉末;
[0032]将所述主熔合金粉末和所述互熔合金粉末进行物理混合，得到所述无铅合金焊料;其中，所述无铅合金焊料应用于显示屏，所述无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下对所述显示屏中的发光二极管进行焊接。
[0033]在一些实施方式中，将所述主熔合金粉末和所述互熔合金粉末进行物理混合，得到所述无铅合金焊料包括：
[0034]将所述主熔合金粉末和所述互熔合金粉末进行物理混合后，再加入金属纳米颗粒并进行物理混合，得到所述无铅合金焊料;其中，所述金属纳米颗粒用于能够在所述焊接温度下与所述主熔合金生成金属间化合物。
[0035]与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：
[0036]本申请实施例提供的无铅合金焊料及其制备方法、显示屏，该无铅合金焊料中的主熔合金能够在较低相变温度下焊接，同时在主熔合金中物理混合有互熔合金，这样在较低的焊接温度下，主熔合金呈熔融态，并可以与互熔合金实现基体互熔，使得主熔合金中的铋不会过度扩散和粗化，均匀分散于焊点中，从而可以大幅度降低焊点的脆性;并且，若主熔合金和互熔合金还含有Ni元素，Ni元素可以抑制富Bi相的偏析，同时若互熔合金还含有Sb元素，Sb元素也可以抑制富Bi相的偏析和粗化，提高材料的焊接强度，同时降低脆性;此外，若无铅合金焊料中含有纳米增强颗粒，纳米增强颗粒在焊接过程中可以与主熔合金发生冶金反应生成金属间化合物，金属间化合物极其细微且均匀的分散在焊点中，形成了颗粒增强和弥散强化，使焊点强度得到保障的同时也可进一步降低脆性，该合金体系确保焊点具有较高的焊接强度和较好的冲击可靠性。进而将该无铅合金焊料应用于显示屏中对发光二极管进行焊接时，由于无铅合金焊料为低温焊料，可以大幅降低甚至避免过度热输入带给发光二极管的各种风险，提升焊接后焊点的服役可靠性，大幅提升显示屏的性能。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1是本申请实施例提供的一种无铅合金焊料的制备工艺流程图;
[0039]图2是本申请实施例提供的另一种无铅合金焊料的制备工艺流程图;
[0040]图3是本申请实施例提供的一种主熔合金的制备工艺流程图;
[0041]图4是本申请实施例提供的一种互熔合金的制备工艺流程图;
[0042]图5是本申请实施例提供的一种显示屏中LED灯珠受剪切推力的示意图;
[0043]图6是本申请实施例提供的一种显示屏中LED灯珠受摆锤撞击的示意图。
具体实施方式
[0044]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0045]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中，A，B可以是单数或复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0046]本申请中，“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或者，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c或a-b-c，其中，a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
[0047]应理解，在本申请的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0048]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0049]本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等公知的质量单位。
[0050]术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个该特征。
[0051]随着科技的发展，电子设备在人们的生活中受到了越来越广泛的研究和应用。基于环保和安全等因素，电子行业的无铅(Pb)化逐渐普及，这使得Pb元素在电子行业需要被少用，最好不用。但是，在LED显示屏中，为了将LED灯珠很好的焊接在PCB上，传统使用的是Sn63Pb37焊料，Sn63Pb37的熔点约为183℃，焊接温度在210℃左右，在电子行业中是性能优良的焊料，从而可以通过将Sn63Pb37焊料设置在LED灯珠与PCB之间，再在210℃左右的温度下实现LED灯珠与PCB的焊接，焊接后的LED灯珠不易脱落失效。但是可以清楚的看到，Sn63Pb37中含Pb且Pb含量较高，这与无铅化相悖。
[0052]需要说明的是，Sn63Pb37中的63代表Sn的质量百分比为63wt%，37代表Pb的质量百分比为37wt%，下面其他合金与这里类似，以下不再赘述。
[0053]为了能够实现无铅化，目前开发出了高温焊料，例如，SnAg3.0Cu0.5、SnAg1.0Cu0.5等。高温焊料的焊接温度一般在240℃以上，焊接性能较好，能够确保LED灯珠不易从PCB上脱落失效。但是，高温焊料在焊接过程中使用的温度过高，会带来诸多风险不可控的问题，例如，LED灯珠易黄化变色、PCB本身易变形、PCB内部电路失效风险增加、电能消耗大等。
[0054]为了能够实现更好的效果，目前又开发出了低温焊料，例如，Sn42Bi58等。低温焊料的焊接温度可以在190℃以下使用，不会存在高温造成的上述诸多问题。然而，由于低温焊料中通常含有大量的铋(Bi)元素，导致LED灯珠与PCB之间的焊点的脆性急剧增加，使得LED灯珠在服役过程中很容易脱落失效。众所周知，LED显示屏有两种常用的应用场景，分别是舞台租赁屏、广告球场屏，由于舞台租赁屏需要经常拆装，难免会经常碰到LED灯珠，广告球场屏不可避免的会被足球撞击，也难免会经常碰到LED灯珠，那么若LED灯珠较脆，就更容易在这两种场景中脱落失效，导致舞台租赁屏和广告球场屏的应用受限。由此可见，LED显示屏常用的SnBi系合金脆化容易掉灯的问题是行业内的一大痛点。
[0055]为了解决上述问题，还可以考虑在焊料中加入铟(In)元素，以提升焊点韧性的同时降低熔点，但由于In属于
贵金属，成本较高，难以在民品、消费电子行业中进行大批量的生产和应用。
[0056]基于上述内容，第一方面，本申请实施例提供了一种应用于显示屏的无铅合金焊料，该无铅合金焊料可以包括主熔合金和互熔合金，主熔合金的熔点为138℃～200℃，互熔合金的熔点为210℃～280℃，主熔合金至少包括锡(Sn)和铋(Bi)，互熔合金至少包括锡(Sn)和银(Ag)以及和/或，锡(Sn)和铜(Cu);该无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下使用。
[0057]在实际应用中，本申请实施例的显示屏为LED显示屏。
[0058]在实际应用中，主熔合金的熔点为138℃～200℃，表明该主熔合金为一种低熔点合金焊料。这里对于上述主熔合金的熔点不做具体限定，示例性的，主熔合金的熔点可以是138℃、140℃、160℃、180℃、190℃或者200℃等。
[0059]在实际应用中，互熔合金的熔点为210℃～280℃，表明该互熔合金为一种高熔点合金焊料。这里对于上述互熔合金的熔点不做具体限定，示例性的，互熔合金的熔点可以是210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃或者280℃等。
[0060]应理解，上述主熔合金至少包括锡(Sn)和铋(Bi)可以是指：主熔合金为SnBi系合金。具体的，主熔合金可以仅包括Sn和Bi;或者，主熔合金除了包括Sn和Bi以外，还可以包括其他元素，例如，银(Ag)、铜(Cu)和镍(Ni)等中的至少一种，这里不做具体限定，以实际应用为准。
[0061]应理解，上述互熔合金至少包括锡(Sn)和银(Ag)，和/或，锡(Sn)和铜(Cu)可以是指：互熔合金可以至少包括锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)，由此，能够通过Ag和Cu的加入提高LED灯珠与PCB之间的焊点的焊接强度，提升无铅合金焊料的润湿性，而且互熔合金的熔点在210℃～280℃之间，其本身不会很脆，韧性好。具体的，互熔合金可以仅包括Sn、Ag和Cu;或者，互熔合金除了包括Sn、Ag和Cu以外，还可以包括其他元素，例如，锑(Sb)和镍(Ni)等中的至少一种，这里不做具体限定，以实际应用为准。
[0062]应理解，上述无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下使用可以是指：本申请实施例的无铅合金焊料为低温焊料。具体的，本申请实施例的无铅合金焊料的焊接温度可以为200℃、201℃、203℃、205℃、207℃或者209℃等。
[0063]由此，当对本申请实施例的无铅合金焊料采用高于主熔合金熔点的焊接温度，在该焊接温度下，主熔合金呈熔融态，此时互熔合金没有熔化，那么熔融态的主熔合金就可以包覆互熔合金，熔融态的主熔合金会与互熔合金发生化学冶金反应，例如，互熔合金中的Sn和Ag，和/或，Sn和Cu会渗入熔融态的主熔合金中，从而生成混合合金，但还会保留一部分互熔合金本体，形成最终的无铅合金焊料。
[0064]应理解，上述无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下使用可以是指：本申请实施例中的无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下对显示屏中的LED灯珠进行焊接。具体的，LED显示屏包括LED灯珠和PCB，LED灯珠设置在PCB的一侧表面上，无铅合金焊料位于LED灯珠与PCB之间，无铅合金焊料用于能够在大于或等于200℃、且小于210℃的焊接温度下将LED灯珠焊接于PCB上。
[0065]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，该无铅合金焊料中的主熔合金能够在较低相变温度下焊接，同时在主熔合金中物理混合有互熔合金，这样在较低的焊接温度下，主熔合金呈熔融态，并可以与互熔合金实现基体互熔，这样使主熔合金中的铋不会过度扩散和粗化，均匀分散于焊点中，从而可以大幅度降低焊点的脆性。
[0066]当该无铅合金焊料应用于LED显示屏中LED灯珠焊接时，由于无铅合金焊料为低温焊料，可以大幅降低甚至避免过度热输入带给LED灯珠的各种风险，提升焊接后焊点的服役可靠性，大幅提升LED显示屏的性能。
[0067]在一些实施方式中，主熔合金还可以包括银(Ag)、铜(Cu)和镍(Ni)等中的至少一种;互熔合金还可以包括锑(Sb)和镍(Ni)等中的至少一种。
[0068]示例性的，主熔合金可以为SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05、SnBi30Cu0.5Ni0.05、SnBi40Ag1Ni0.05等。
[0069]示例性的，互熔合金可以为SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05等。
[0070]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，该无铅合金焊料中的主熔合金可以在较低相变温度下焊接，同时，无铅合金焊料中的互熔合金在焊接温度下呈熔融态，此时主熔合金可以与互熔合金在焊接过程中实现基体互熔，同时Ag、Cu、Ni和Sb等元素中的至少一种的加入，都能使主熔合金中的Bi不会过度扩散，在形成的焊点中能够均匀分散，从而可以降低焊点的脆性，提高焊点的可靠性;并且，主熔合金和互熔合金中若含有Ni元素，Ni元素可以抑制富Bi相的偏析，并且，互熔合金中若含有Sb元素，Sb元素的加入也可以抑制富Bi相的偏析和粗化，提高无铅合金焊料的焊接强度，同时降低无铅合金焊料的脆性，保证了无铅合金焊料的焊接可靠性。
[0071]在一些实施方式中，主熔合金按质量百分比计可以包括：铋(Bi)，30wt%～40wt%;银(Ag)，0wt%～2wt%;铜(Cu)，0wt%～1wt%;镍(Ni)，0wt%～0.1wt%;余量为锡(Sn)。
[0072]示例性的，Bi按质量百分比计可以是30wt%、32wt%、34wt%、36wt%、38wt%或者40wt%等。
[0073]示例性的，Ag按质量百分比计可以是0wt%、0.1wt%、0.5wt%、1wt%、1.5wt%或者2wt%等。
[0074]示例性的，Cu按质量百分比计可以是0wt%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%或者1wt%等。
[0075]示例性的，Ni按质量百分比计可以是0wt%、0.02wt%、0.04wt%、0.06wt%、0.08wt%或者0.1wt%等。
[0076]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，该无铅合金焊料中的主熔合金为低熔点合金焊料，其固液相温度(也即熔点区间)可以在138℃～200℃之间，可以确保在210℃以下的温度下能够进行焊接。
[0077]在一些实施方式中，在主熔合金包括锡(Sn)、铋(Bi)、银(Ag)、铜(Cu)和镍(Ni)的情况下，主熔合金按质量百分比计可以为：铋(Bi)，30wt%～40wt%;银(Ag)，0.1wt%～2wt%;铜(Cu)，0.1wt%～1wt%;镍(Ni)，0.01wt%～0.1wt%;余量为锡(Sn)。
[0078]示例性的，Bi按质量百分比计可以是30wt%、32wt%、34wt%、36wt%、38wt%或者40wt%等。
[0079]示例性的，Ag按质量百分比计可以是0.1wt%、0.2wt%、0.5wt%、1wt%、1.5wt%或者2wt%等。
[0080]示例性的，Cu按质量百分比计可以是0.1wt%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%或者1wt%等。
[0081]示例性的，Ni按质量百分比计可以是0.01wt%、0.02wt%、0.04wt%、0.06wt%、0.08wt%或者0.1wt%等。
[0082]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，该无铅合金焊料中的主熔合金为低熔点合金焊料，其固液相温度(也即熔点区间)可以在138℃～200℃之间，可以确保在210℃以下的温度下能够进行焊接。
[0083]在一些实施方式中，互熔合金按质量百分比计可以包括：银(Ag)，0.01wt%～4wt%;铜(Cu)，0.01wt%～3wt%;锑(Sb)，0wt%～3wt%;镍(Ni)，0wt%～0.1wt%;余量为锡(Sn)。
[0084]示例性的，Ag按质量百分比计可以是0.01wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%、3wt%或者4wt%等。
[0085]示例性的，Cu按质量百分比计可以是0.01wt%、0.5wt%、1wt%、1.5wt%、2wt%或者3wt%等。
[0086]示例性的，Sb按质量百分比计可以是0wt%、0.5wt%、1wt%、1.5wt%、2wt%或者3wt%等。
[0087]示例性的，Ni按质量百分比计可以是0wt%、0.02wt%、0.04wt%、0.06wt%、0.08wt%或者0.1wt%等。
[0088]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，该无铅合金焊料中的互熔合金为高熔点合金焊料，其固液相温度(也即熔点区间)可以在210℃～280℃之间，互熔合金能够为无铅合金焊料更好的提供整体焊接可靠性。
[0089]在一些实施方式中，在无铅合金焊料中，主熔合金的成分可以仅包括一个，互熔合金的成分可以包括至少一个。
[0090]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，能够通过一种主熔合金与至少一种互熔合金的配合，得到可以大幅度降低焊点脆性、确保焊点具有较高焊接强度和较好冲击可靠性、且保证焊接可靠性的无铅合金焊料。
[0091]在一些实施方式中，本申请实施例的无铅合金焊料还可以包括金属纳米颗粒，金属纳米颗粒用于能够在焊接温度下与主熔合金生成金属间化合物。
[0092]示例性的，金属纳米颗粒的粒径可以小于或等于100nm，具体的，金属纳米颗粒的粒径可以是10nm、20nm、40nm、60nm、80nm、或者100nm等。
[0093]应用中，上述金属纳米颗粒可以包括Ag纳米颗粒、Cu纳米颗粒、Ni纳米颗粒、合金类的纳米颗粒(例如，AgCu合金纳米颗粒)等。这些纳米颗粒的熔点更高，在焊接温度下不会直接熔化，而是与主熔合金反应生成金属间化合物。
[0094]由此，当焊接温度高于主熔合金的熔点时，主熔合金呈熔融态，而互熔合金未熔化，金属纳米颗粒只与熔融态的主熔合金发生化学反应。具体的，金属纳米颗粒只与熔融态的主熔合金中的Sn发生金属合金化反应，生成金属间化合物，此时的无铅合金焊料中会有主熔合金与互熔合金未反应完的主熔合金组织、主熔合金与互熔合金反应完的组织、主熔合金与互熔合金未反应完的互熔合金组织、金属纳米颗粒与主熔合金反应生成的金属间化合物。
[0095]本申请实施例提供一种无铅合金焊料，该无铅合金焊料采用金属纳米颗粒在焊接过程中与熔融态的主熔合金发生合金化(冶金)反应，生成金属间化合物，这些金属间化合物可以极其细微且均匀的分散在焊点中，形成了颗粒增强和弥散强化，使焊点强度得到保障的同时，还可以进一步降低脆性，即该合金体系确保焊点具有较高的焊接强度和较好的冲击可靠性，有效提高了无铅合金焊料的焊接可靠性。
[0096]第二方面，本申请实施例提供了一种显示屏，该显示屏可以包括上述的无铅合金焊料，显示屏包括电路板和发光二极管，发光二极管设置在电路板的一侧，无铅合金焊料位于发光二极管与电路板之间，无铅合金焊料用于在焊接温度下能够将发光二极管焊接于电路板上。
[0097]在实际应用中，上述电路板可以包括PCB、FPC(flexible printed circuit，柔性电路板)等中的任一种。
[0098]本申请实施例提供一种显示屏，该显示屏中的发光二极管可以通过无铅合金焊料很好的焊接于电路板，大幅降低了发光二极管的脱落失效风险，显示屏的性能较好。
[0099]第三方面，本申请实施例提供了一种无铅合金焊料的制备方法。
[0100]参考图1所示，该无铅合金焊料的制备方法可以包括如下步骤：
[0101]S1.分别制备主熔合金、互熔合金。
[0102]需要说明的是，对于主熔合金与互熔合金的制备顺序不做具体限定，可以先制备主熔合金、再制备互熔合金;或者，可以先制备互熔合金、再制备主熔合金;或者，可以同时制备主熔合金和互熔合金，这里不做具体限定。
[0103]这里对于制备主熔合金和互熔合金的方式不做具体限定，示例性的，可以通过化学冶金熔炼分别制备主熔合金和互熔合金。
[0104]S2、分别将主熔合金制成主熔合金粉末，以及将互熔合金制成互熔合金粉末。
[0105]在实际应用中，可以通过超声雾化工艺分别将主熔合金制成主熔合金粉末、以及将互熔合金制成互熔合金粉末。
[0106]S3、将主熔合金粉末和互熔合金粉末进行物理混合，得到无铅合金焊料。
[0107]在实际应用中，可以将主熔合金粉末和互熔合金粉末按照一定比例物理混合均匀后，得到无铅合金焊料。
[0108]这里对于主熔合金粉末和互熔合金粉末的混合比例不做具体限定，示例性的，主熔合金粉末和互熔合金粉末的混合比例可以为1～9:1，当主熔合金比例更多时，可以使用更低的焊接温度。具体的，主熔合金粉末和互熔合金粉末的混合比例可以是1:1、3:1、5:1、8:1或者9:1等。
[0109]本申请实施例提供一种无铅合金焊料的制备方法，通过化学冶金熔炼分别制备出主熔合金和互熔合金，并将两种或者多种不同熔点的主熔合金和互熔合金进行物理混合，得到新的焊料，这种焊料能够使主熔合金在较低相变温度下进行焊接，并在焊接熔化过程中与互熔合金相互渗透熔化，从而使主熔合金中的Bi不会过度扩散和粗化，能够均匀分散于焊点中，无铅合金焊料的性能良好;此外，该制备方法简单易实现，有利于工业化生产和应用。
[0110]在一些实施方式中，参考图2所示，上述步骤S3、将主熔合金粉末和互熔合金粉末进行物理混合，得到无铅合金焊料可以包括：
[0111]S31、将主熔合金粉末和互熔合金粉末进行物理混合后，再加入金属纳米颗粒并物理混合，得到无铅合金焊料。
[0112]在实际应用中，可以将主熔合金粉末和互熔合金粉末进行一定比例的均匀物理混合后，再加入一定比例的金属纳米颗粒并进行物理混合，得到无铅合金焊料。
[0113]这里对于加入金属纳米颗粒的质量分数不做具体限定，示例性的，加入金属纳米颗粒的质量分数可以为0.1%～5%，具体的，加入金属纳米颗粒的质量分数可以是0.1%、1%、2%、3%、4%或者5%等。
[0114]需要说明的是，本申请实施例中的主熔合金、互熔合金、金属纳米颗粒等可以参考上述实施例，这里不再赘述。
[0115]此外还需要说明，本申请实施例的无铅合金焊料的焊接工艺与传统焊料的焊接工艺的区别在于：本申请实施例在焊接时应保持峰值温度(例如，209℃)的时间大于或等于120s，当然峰值温度也可以设置在大于或等于210℃、且小于230℃的任何值，即可以实现更宽的工艺窗口。当焊接温度越高时，焊料拥有更多的热输入，从而使得互熔合金与主熔合金的反应更充分，也可获得相对更高的焊接可靠性。
[0116]本申请实施例提供一种无铅合金焊料的制备方法，通过化学冶金熔炼分别制备出主熔合金和互熔合金，并将两种或者多种不同熔点的主熔合金、互熔合金和纳米增强颗粒进行物理混合，得到新的焊料，这种焊料能够在主熔合金的较低相变温度的条件下进行焊接，并在焊接熔化过程中与互熔合金相互渗透熔化，且主熔合金还能与纳米增强颗粒发生化学反应生成金属间化合物，从而使主熔合金中的Bi不会过度扩散和粗化，均匀分散于焊点中，无铅合金焊料的性能良好;此外，该制备方法简单易实现，有利于工业化生产和应用。
[0117]在一些实施方式中，参考图3所示，以主熔合金为SnXBiYAgZCuANiB为例，主熔合金的熔炼工艺包括如下步骤：
[0118]S11、将Sn锭放入熔炼炉中，并升温至1100℃，待温度稳定后，加入Ag锭，搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnXAgZ中间合金。
[0119]其中，Z按质量份数计为1份～10份，余量为X。
[0120]S12、将Sn锭放入熔炼炉中，并升温至1200℃，待温度稳定后，加入Cu块，搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnXCuA中间合金。
[0121]其中，A按质量份数计为0.5份～5份，余量为X。
[0122]S13、将Sn锭放入熔炼炉中，并升温至1560℃，待温度稳定后，加入Ni块，搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnXNiB中间合金。
[0123]其中，B按质量份数计为0.1份～1份，余量为X。
[0124]S14、将Sn锭放入熔炼炉中，并升温至380℃，待温度稳定后，加入Bi锭，搅拌一段时间，然后升温至450℃，又待温度稳定后，加入SnXAgZ中间合金搅拌一段时间，再加入SnXNiB中间合金并搅拌一段时间，最后加入SnXCuA中间合金并搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnXBiYAgZCuANiB。
[0125]需要说明的是，对于上述步骤S11、步骤S12、步骤S13的顺序不做具体限定，具体以实际操作为准。
[0126]此外，若Z、A、B中的任一个为0时，例如，若Z=0，则不需要进行步骤S11，其他类似，此处不再赘述。
[0127]在一些实施方式中，参考图4所示，以互熔合金为SnCAgDCuESbFNiG为例，互熔合金的熔炼工艺包括如下步骤：
[0128]S21、将Sn锭放入熔炼炉中并升温至1100℃，温度稳定后加入Ag锭，搅拌一段时间后，然后取出浇铸并冷却，得到SnCAgD中间合金。
[0129]其中，D按质量份数计为1份～10份，余量为C。
[0130]S22、将Sn锭放入熔炼炉中并升温至1200℃，待温度稳定后，加入Cu块，搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnCCuE中间合金。
[0131]其中，E按质量份数计为0.5份～5份，余量为C。
[0132]S23、将Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，待温度稳定后，加入Ni块，搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnCNiG中间合金。
[0133]其中，G按质量份数计为0.1份～1份，余量为C。
[0134]S24、将Sn锭放入熔炼炉中并升温至800℃，待温度稳定后，加入Sb块，搅拌一段时间，然后降温至450℃，待温度稳定后加入SnCAgD中间合金，搅拌一段时间，再加入SnCNiG中间合金，搅拌一段时间，最后加入SnCCuE中间合金，搅拌一段时间后，取出浇铸并冷却，得到SnCAgDCuESbFNiG。
[0135]需要说明的是，对于上述步骤S21、步骤S22、步骤S23的顺序不做具体限定，具体以实际操作为准。
[0136]此外，若E、F、G中的任一个为0时，例如，若E=0，则不需要进行步骤S21，其他类似，此处不再赘述。
[0137]以下通过多个具体实施例来举例说明本申请实施例提供的无铅合金焊料的制备方法和应用。
[0138]实施例1
[0139]1.主熔合金的制备：
[0140]主熔合金为SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05，SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05的熔炼工艺可以包括如下步骤：
[0141](1).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1100℃，温度稳定后加入5份的Ag锭，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Ag5中间合金。
[0142](2).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1200℃，温度稳定后加入5份的Cu块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Cu5中间合金。
[0143](3).将99.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，温度稳定后加入0.5份的Ni块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn99.5Ni0.5中间合金。
[0144](4).将25份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至380℃，温度稳定后加入35份的Bi锭，均匀搅拌10min，然后升温至450℃，待温度稳定后加入20份的Sn95Ag5中间合金，均匀搅拌10min，接着再加入10份的Sn99.5Ni0.5中间合金并均匀搅拌10min，最后加入10份的Sn95Cu5中间合金并均匀搅拌10min后，取出浇铸并冷却，得到SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05。
[0145]2.互熔合金的制备：
[0146]互熔合金为SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05，SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05的熔炼工艺可以包括如下步骤：
[0147](1).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1100℃，温度稳定后加入5份的Ag锭，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Ag5中间合金。
[0148](2).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1200℃，温度稳定后加入5份的Cu块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Cu5中间合金。
[0149](3).将99.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，温度稳定后加入0.5份的Ni块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn99.5Ni0.5中间合金。
[0150](4).将59.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至800℃，温度稳定后加入0.5份的Sb块，均匀搅拌10min，然后降温至450℃，待温度稳定后加入20份的Sn95Ag5中间合金，均匀搅拌10min，再加入10份的Sn99.5Ni0.5中间合金，均匀搅拌10min，最后加入10份的Sn95Cu5中间合金，均匀搅拌10min后，取出浇铸并冷却，得到SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05。
[0151]3.无铅合金焊料的制备：
[0152](1).将SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05通过超声雾化工艺制成
[0153]SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05粉末。
[0154](2).将SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05通过超声雾化工艺制成
[0155]SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末。
[0156](3).将SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05粉末、SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末以1:1的比例物理混合均匀后，得到无铅合金焊料。
[0157]实施例2
[0158]1.主熔合金的制备：
[0159]主熔合金为SnBi30Cu0.5Ni0.05，SnBi30Cu0.5Ni0.05的熔炼工艺可以包括如下步骤：
[0160](1).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1200℃，温度稳定后加入5份的Cu块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Cu5中间合金。
[0161](2).将99.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，温度稳定后加入0.5份的Ni块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn99.5Ni0.5中间合金。
[0162](3).将50份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至380℃，温度稳定后加入30份的Bi锭，均匀搅拌10min，然后升温至450℃，待温度稳定后加入10份的Sn99.5Ni0.5中间合金并均匀搅拌10min，最后加入10份的Sn95Cu5中间合金并均匀搅拌10min后，取出浇铸并冷却，得到SnBi30Cu0.5Ni0.05。
[0163]2.互熔合金的制备：
[0164]互熔合金为SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05，SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05的熔炼工艺可以包括如下步骤：
[0165](1).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1100℃，温度稳定后加入5份的Ag锭，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Ag5中间合金。
[0166](2).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1200℃，温度稳定后加入5份的Cu块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Cu5中间合金。
[0167](3).将99.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，温度稳定后加入0.5份的Ni块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn99.5Ni0.5中间合金。
[0168](4).将59.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至800℃，温度稳定后加入0.5份的Sb块，均匀搅拌10min，然后降温至450℃，待温度稳定后加入20份的Sn95Ag5中间合金，均匀搅拌10min，再加入10份的Sn99.5Ni0.5中间合金，均匀搅拌10min，最后加入10份的Sn95Cu5中间合金，均匀搅拌10min后，取出浇铸并冷却，得到SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05。
[0169]3.无铅合金焊料的制备：
[0170](1).将SnBi30Cu0.5Ni0.05通过超声雾化工艺制成SnBi30Cu0.5Ni0.05粉末。
[0171](2).将SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05通过超声雾化工艺制成
[0172]SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末。
[0173](3).将SnBi30Cu0.5Ni0.05粉末、SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末以1:1的比例物理混合均匀后，得到无铅合金焊料。
[0174]实施例3
[0175]1.主熔合金的制备：
[0176]主熔合金为SnBi40Ag1Ni0.05，SnBi40Ag1Ni0.05的熔炼工艺可以包括如下步骤：
[0177](1).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1100℃，温度稳定后加入5份的Ag锭，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Ag5中间合金。
[0178](2).将99.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，温度稳定后加入0.5份的Ni块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn99.5Ni0.5中间合金。
[0179](3).将30份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至380℃，温度稳定后加入40份的Bi锭，均匀搅拌10min，然后升温至450℃，待温度稳定后加入20份的Sn95Ag5中间合金，均匀搅拌10min，接着再加入10份的Sn99.5Ni0.5中间合金并均匀搅拌10min，得到SnBi40Ag1Ni0.05。
[0180]2.互熔合金的制备：
[0181]互熔合金为SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05，SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05的熔炼工艺可以包括如下步骤：
[0182](1).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1100℃，温度稳定后加入5份的Ag锭，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Ag5中间合金。
[0183](2).将95份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1200℃，温度稳定后加入5份的Cu块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn95Cu5中间合金。
[0184](3).将99.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至1560℃，温度稳定后加入0.5份的Ni块，均匀搅拌20min后，取出浇铸并冷却，得到Sn99.5Ni0.5中间合金。
[0185](4).将59.5份的Sn锭放入熔炼炉中并升温至800℃，温度稳定后加入0.5份的Sb块，均匀搅拌10min，然后降温至450℃，待温度稳定后加入20份的Sn95Ag5中间合金，均匀搅拌10min，再加入10份的Sn99.5Ni0.5中间合金，均匀搅拌10min，最后加入10份的Sn95Cu5中间合金，均匀搅拌10min后，取出浇铸并冷却，得到SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05。
[0186]3.无铅合金焊料的制备：
[0187](1).将SnBi40Ag1Ni0.05通过超声雾化工艺制成SnBi40Ag1Ni0.05粉末。
[0188](2).将SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05通过超声雾化工艺制成
[0189]SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末。
[0190](3).将SnBi40Ag1Ni0.05粉末、SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末以1:1的比例物理混合均匀后，得到无铅合金焊料。
[0191]实施例4
[0192]实施例4与实施例1的区别仅在于：实施例1中的上述步骤(3).将SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05粉末、SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末以1:1的比例进行物理混合均匀后，得到无铅合金焊料可以替换为：
[0193](31).将SnBi35Ag1Cu0.5Ni0.05粉末、SnAg1Cu0.5Sb0.5Ni0.05粉末以1:1的比例进行物理混合均匀后，再加入质量分数为1%、粒径为50nm的银纳米颗粒，得到无铅合金焊料。
[0194]对比例1
[0195]高温合金焊料SnAg3.0Cu0.5。
[0196]对比例2
[0197]低温合金焊料Sn42Bi58。
[0198]对比例3
[0199]低温合金焊料SnBi35Ag1。
[0200]下面将本申请实施例1-4的无铅合金焊料4#粉锡膏、对比例1的高温合金焊料的4#粉锡膏、对比例2的低温合金焊料的4#粉锡膏、对比例3的低温合金焊料的4#粉锡膏分别应用于图5和图6的显示屏中。具体的，如图5和图6所示，LED灯珠4设置在PCB 1的一侧表面上，每个LED灯珠4具有4个引脚3，每个引脚3与PCB 1之间设置有4#粉锡膏，其中，4#粉锡膏可以是本申请实施例1-4的无铅合金焊料4#粉锡膏、对比例1的高温合金焊料的4#粉锡膏、对比例2的低温合金焊料的4#粉锡膏、对比例3的低温合金焊料的4#粉锡膏。
[0201]需要说明的是，图5和图6中仅示出每个LED灯珠4的2个引脚4，每个LED灯珠4的其他两个引脚分别与这两个引脚3在同一水平线上，因此截面图中被这两个引脚3遮挡住了，在图5和图6中均未示出。
[0202]在实际应用中，在PCB 1的一侧表面印刷本申请实施例1-4和对比例1-3的4#粉锡膏，然后将LED灯珠4置于PCB 1印刷有4#粉锡膏的一侧，在大于或等于200℃、且小于210℃的温度下焊接成型，得到如图5和图6的结构。
[0203]这里对于上述LED灯珠4的具体类型不做限定，示例性的，LED灯珠4可以是1515的LED灯珠等。
[0204]需要说明的是，每个LED灯珠4的引脚3的数量不限于4个。
[0205]此外，本申请实施例1-4和对比例1-3的焊料不限于4#粉锡膏，此处仅是示意。
[0206]再请参考图5，使用剪切推力F1推各个LED灯珠4，得到灯珠推力平均值，如下表1所示。需要说明的是，灯珠推力平均值是指LED灯珠4被推掉所用的最大的力，灯珠推力平均值越大，表明LED灯珠4的焊接稳定性越好。
[0207]再请参考图6，使用一个摆锤5撞击焊接后的LED灯珠4，得到冲击能量平均值，如下表1所示。需要说明的是，冲击能量平均值代表了LED灯珠4吸收撞击力的能力，冲击能量平均值越大表明引脚3与PCB 1之间的焊点的韧性越大，脆性越小，LED灯珠4更不容易脱落失效。
[0208]表1
[0209]
[0210]
[0211]由表1可以看出，本申请实施例1-4与对比例1相比，灯珠推力平均值和冲击能量平均值相差不大，说明本申请的无铅合金焊料与对比例1中的高温焊料的焊接强度相当，且脆性问题大幅降低，也基本可达到高温焊料的水平。
[0212]本申请实施例1-4与对比例2-3相比，灯珠推力平均值和冲击能量平均值都大，说明本申请的无铅合金焊料的性能优于传统的低温焊料的性能和效果。
[0213]此处仅介绍与发明点相关的内容，其余可以参考相关技术获取，这里不再详细说明。
[0214]以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
说明书附图(6)
声明：
“无铅合金焊料及其制备方法、显示屏” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
403
编辑：北方有色网
来源：深圳市艾比森光电股份有限公司, 惠州市艾比森光电有限公司
咨询细节
