CN103008905A - 一种Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Sn-Ag-Cu-Ce-Bi-Cr无铅焊料，它采用下述重量百分比的原料制成：Ag0.1-3.0%、Cu0.5-2.0%、Ce0.01-0.1%、Bi0.1-2.0%、Cr0.1-1.2%和余量的Sn。本发明的无铅焊料具有可改善焊料抗氧化性能、机械性能和耐腐性，润湿性能好，金相组织均匀、晶粒细化，降低损耗，降低了成本。

Description

一种Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料

技术领域

本发明涉及一种软钎焊用的无铅焊料，特别是含银、铜、铈、铋、铬的无铅焊料，广泛应用于电子材料技术领域。

背景技术

电子工业的快速发展对焊料的要求越来越高，从无铅焊料逐渐取代锡铅焊料起，无铅焊料的熔点、性能、成本等方面一直都是无铅焊料生产和研发过程中亟待解决的问题。

    其中，金属的特性在熔点、性能、成本的控制中有着极其重要的作用。Bi、Zn、Cd等金属元素可以降低无铅焊料的熔点；通过添加/调节Ag、Ni、Sb等金属来提升机械性能；无铅焊料的抗氧化性能会因P、Ge、稀土元素的加入得到改善；成本的控制在于原料、能源、损耗的控制，而这些又与合金的构成、熔点的高低、操作的恰当等紧密相关。

    无铅焊料在生产过程中，因焊料的氧化或是拉条拉丝过程中的接头等造成的损耗非常大。接头的损耗一般需要改进工艺流程，通过更换新的一体化设备，减少工作失误，可以得以有效降低。

而焊料在高温条件下的氧化，往往采用添加抗氧化还原剂的方式控制。但是我们会遇到这样一个问题，抗氧化还原剂的组分中往往含有氯、溴等卤素元素，导致无铅焊料的卤素含量升高，不宜过量使用。

发明内容

    本发明的目的正是为了克服焊料的高温氧化造成的损耗，而提出一种Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料，可以有效控制生产和使用过程中的氧化作用，改善抗氧化性能和耐腐蚀性能，提高机械能耐和润湿性能，保证焊料合金的成分构成，降低损耗，降低成本。

本法明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料，它采用下述重量百分比的原料制成：

Ag 0.1-3.0%、Cu 0.5-2.0%、Ce 0.01-0.1%、Bi 0.1-2.0%、Cr 0.1-1.2%和余量的Sn。

上述Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料中，Cr的含量进一步优化为0.2-0.8wt%。

    本发明的产品是在SnAgBiCu无铅焊料的基础上添加了Ce、Cr组分。其中稀土元素Ce细化合金晶粒，提高润湿性能和抗拉强度。但由于Ce是活泼稀土元素，随着它的含量增加，会导致焊料合金的剪切强度和抗氧化性能迅速降低，最好将Ce的含量要控制在0.1wt%以内。加入Cr可以在液态熔融焊料表面形成一层极薄的致密层，有效阻隔空气中的氧气与Sn发生氧化反应，提高合金的抗氧化性能和耐腐蚀性能。控制Cr的含量不超过1.5wt%，防止润湿性能和延展性能的降低。

    无铅焊料的制造方法，是先将Ag、Cu、Bi、Ce、Cr分别与锡制成中间合金，再混合熔炼制成产品。

    本发明的产品采用的原料是含锡99.95%的精锡，含铜99.5%的精铜，含铈99.99%的金属铈，含银99.9%，铋99.99%，铬99.2%，均为市场销售规范产品，严格控制称量、合金配比、生产工艺参数，采用自动监控，充分搅拌，稳定化学成分，平衡熔点。

    本发明所述的无铅焊料合金与已有的无铅焊料SnAgBiCu进行对比，结果见表1。

表1 性能比较。

项目	已有的无铅焊料SnAgCuBi	本发明的无铅焊料
			扩展率（%）	75.0	77.5-78.9
润湿性（mN）	62.0	64.8-65.2
			熔点（oC）	208-213	207-214
QFP引线45o拉伸试验（N）	25.0	25.2-25.7
			片式元件焊点剪切试验（N）	27.5	30.5-31.8
金相（放大200倍）	金相组织不均匀，晶粒较粗	金相组织均匀，晶粒细化
			锡渣产率（%）	20-20.5	5-10

    对比结果表明，本发明产品各项指标在机械性能、润湿性能、抗氧化性能以及金相结构方面均有提高，得到了抗氧化耐腐蚀能力强，润湿性好，机械性能优良的无铅焊料，减少了损耗，降低了成本，保证了质量。

具体实施方式

    下面结合具体实施例来详细说明本发明，下述实施例用来解释本发明，但不限于以下实施例。

    实施例1

    无铅焊料合金组成及元素重量百分含量如下：Ag：0.3%，Cu：2.0%，Ce：0.01%，Bi：2.0%，Cr：0.1%，Sn为余量。该配料比的无铅焊料合金的检测结果：扩展率77.5%，润湿性：65.0mN，熔点：207^oC，QFP引线45^o拉伸试验：25.2N，片式元件焊点剪切试：30.7N，金相组织晶粒细化均匀，锡渣产率10%。

    实施例2

    无铅焊料合金组成及元素重量百分含量如下：Ag：0.8%，Cu：1.5%，Ce：0.019%，Bi：1.6%，Cr：0.2%，Sn为余量。该配料比的无铅焊料合金的检测结果：扩展率78.4%，润湿性：64.8mN，熔点：209^oC，QFP引线45^o拉伸试验：25.4N，片式元件焊点剪切试：30.8N，金相组织晶粒细化均匀，锡渣产率8%。

    实施例3

    无铅焊料合金组成及元素重量百分含量如下：Ag：1.0%，Cu：1.2%，Ce：0.04%，Bi：1.2%，Cr：0.5%，Sn为余量。该配料比的无铅焊料合金的检测结果：扩展率77.9%，润湿性：65.1mN，熔点：210^oC，QFP引线45^o拉伸试验：25.3N，片式元件焊点剪切试：31.2N，金相组织晶粒细化均匀，锡渣产率7%。

    实施例4

    无铅焊料合金组成及元素重量百分含量如下：Ag：2.0%，Cu：0.7%，Ce：0.07%，Bi：0.8%，Cr：0.8%，Sn为余量。该配料比的无铅焊料合金的检测结果：扩展率78.3%，润湿性：64.9mN，熔点：213^oC，QFP引线45^o拉伸试验：25.7N，片式元件焊点剪切试：31.8N，金相组织晶粒细化均匀，锡渣产率6%。

    实施例5

    无铅焊料合金组成及元素重量百分含量如下：Ag：3.0%，Cu：0.5%，Ce：0.10%，Bi：0.2%，Cr：1.2%，Sn为余量。该配料比的无铅焊料合金的检测结果：扩展率78.9%，润湿性：65.2mN，熔点：214^oC，QFP引线45^o拉伸试验：25.5N，片式元件焊点剪切试：30.5N，金相组织晶粒细化均匀，锡渣产率5%。

Claims (2)

1.一种Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料，其特征在于它采用下述重量百分比的原料制成：

Ag 0.1-3.0%、Cu 0.5-2.0%、Ce 0.01-0.1%、Bi 0.1-2.0%、Cr 0.1-1.2%和余量的Sn。

2.根据权利要求1所述的一种Sn-Ag-Cu- Ce-Bi-Cr无铅焊料，其特征在于所述原料中Cr的含量进一步优化为0.2-0.8wt%。