CN1124471A - 高强度焊料合金 - Google Patents
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Abstract
本发明目的是提供一种机械强度高,而且,湿润性优良的高强度焊料合金,其特征是由以下成分构成:Si 0.0005~0.35(重量)%、Ag 0~5.0(重量)%、Sb 0~10.0(重量)%、Bi 0~10.0(重量)%、Sn 20~95(重量)%、Pb 0~70(重量)%、Ca 0~0.5(重量)%。
Description
本发明是关于一种机械强度很高的高强度焊料合金。
以前,本申请人在特愿平5-67552号申请中提出一种机械强度很高的高强度焊料合金。
在上述特愿平5-67552号申请中所述高强度焊料合金是由以下成分构成:Ag和Ge的总量为0.8-7.0(Ag和Ge合计要大于0(重量)%),其结果,所得到的焊料合金的机械强度大幅度提高。
在此,本发明的目的是提供一种机械强度更高,而且,湿润性优良的高强度焊料合金。
本发明的高强度焊料合金,其特征是由以下成分构成。
Si 0.0005~0.35(重量)%
Ag 0~5.0(重量)%
Sb 0~10.0(重量)%
Bi 0~10.0(重量)%
Sn 20~95(重量)%
Pb 0~70(重量)%
Ca 0~0.5(重量)%
本发明者们根据在特愿平5-67552号的“高强度焊料合金”中,所表明的添加Ge,能成功地提高焊料合金机械强度的性质。然而,在使用焊接烙铁进行焊接作业时,由于现用的焊接烙铁,在由Cu形成的焊棒上镀有Fe。所以焊料合金中所添加的Ge和焊接烙铁上的Fe产生反应,在焊接烙铁表面上易于粘覆一层难以去除的化合物。因此,为了提高焊料的机械强度,向焊料合金中添加元素的研究结果发现,添加Si会产生良好的效果。
将Si这种高熔点金属(1414℃)添加到Sn-Pb焊料合金(共晶熔融温度183℃)中,也许是一种异想天开的事,然而,经过大量的研究,发现添加微量的Si就会对焊料合金产生极大的影响。
当添加0.0005~0.35(重量)%的Si时,会产生以下的效果。
(1)由含Si焊料合金形成的软钎焊接合的强度,至少比过去的焊料合金提高了近2倍。
(2)就焊料而言,其优良的湿润性是极为重要的,Si可提高焊料合金的湿润性。在含有少量Pb的合金情况下,这种效果会更加显著。
(3)使用市售的在由Cu形成的焊棒上镀有Fe的焊接烙铁,根据本发明,用含Si焊料合金进行焊接作业时,即使连续长时间作业,在焊接烙铁上也不会生成化合物层,而可连续作业。
(4)由于合金中含有还原能力很强的Si,所以,Si的还原效果使焊接后的接合部位没有气孔。据此,大大提高了有关焊料部位的可信度。
虽然这种添加Si的焊料合金能具有预期的效果,由于Si本身就是一种还原元素,所以在考虑添加到焊料中时,可用具有还原效果的还原元素,如,Al、Mn、Si、P等。关于Al、Mn,它的效果,没有得到认可,表明在覆有焊料的部位表面上,仍产生难以去除的氧化物层,作为焊料合金是不实用的。关于P,作为添加到焊料中的元素已在实际上应用,但其效果不及添加Si。
相对于焊料合金183℃的熔融温度,由于Si的熔融温度为1414℃,为了将Si添加到Sn-Pb系焊料合金中,最好使用Ca-Si合金,如,比Si的熔融温度低的,熔融温度为1012℃的CaSi2化合物。由于Si和Ca同时残留在焊料合金中,作为被添加的Ca,在提高焊料合金强度上,也有复合效果。这特别适合于作为焊料合金含Pb的情况。
作为滑动轴承合金,已知有Pb基合金(班氏轴承合金),为了提高它的强度,向合金中添加Ca。
关于本发明合金的制备,为添加Si,可以使用Ag-Sn共晶合金(Si4.5(重量)%,Ag95.5(重量)%;共晶温度830℃)作为母合金。这时,当添加0.001%的Si时,作为Ag,必须含0.21%,Ag可使焊料合金的结晶更加细微化。
如上述添加Si,在制备合金中,由于必须提高熔融温度,在含有沸点比较高的,Sn含量高的焊料合金中,它的添加效果更大。
由研究结果,本发明的最大特征是含有0.0005~0.35(重量)%的Si,其它成分的构成是Ag0~5.0(重量)%,Sb0~10.0(重量)%,Bi0~10.0(重量)%,Sn20~95(重量)%,Pb0~70(重量)%,Ca0~0.5(重量)%,由此构成作为高强度焊料合金的特征。
正如以上说明,本发明获得以下效果。
(1)由含Si焊料合金形成焊接接合部位的强度,与过去的焊料合金相比,至少提高了近2倍。
(2)就焊料而言,其湿润性的优良是极为重要的,Si可提高焊料合金的湿润性。在含有少量Pb的情况下,这种效果更加显著。
(3)使用市售的在由Cu形成的焊棒上镀有Fe的焊接烙铁,进行焊接时,由于在焊接烙铁表面没有化合物层产生,这种焊接烙铁以清洁状态,可长期恒定地使用。
(4)作为添加元素Si,由于具有相当强的还原性能,当使用含Si焊料合金进行作业时,可以完全防止在焊接接合部位产生的气孔。这时Si含量,如果少到0.0005(重量)%,它的添加效果也可以明确地确认。
(5)对于环境问题,现在要求无Pb的焊料合金,在开发Sn-低Pb焊料合金中,添加Si的新型焊料合金是本发明的一大贡献。
实施本发明的最佳方式
以下根据实施例说明本发明。
在本实施例中,向由Pb10(重量)%、Sn90(重量)%所形成的焊料合金中,添加含Si量为0.003(重量)%的CaSi2合金。使用添加了Si的焊料合金,作成松脂心软焊料线,进行这种扩展试验(JIS Z-3197-1986)。在试验板上载有试料,以比焊接液相线温度高40-50℃的温度加热,约30秒钟熔解,而扩展在试验板上。用面积仪测量试验后的扩展面积。
根据这个结果,对于Sn-Pb合金(Sn90(重量)%,Pb10(重量)%)时,为1.8cm2,使用含Si的本实施例焊料合金,则成为2.2cm2,它的扩展性约提高20%。
接着,用上述二种合金,制作成直径为1mm的合金丝进行拉力试验。作为该结果的拉力强度,本发明的前一个实施例,为7.8kgf/mm2、Sn-Pb合金(Sn90(重量)%,PB10(重量)%)为5.3kgf/mm2,强度增加约43%。
下面讨论添加Si而使焊接接合部位机械强度提高的另一实施例。在由Sn63(重量)%、Pb37(重量)%形成的焊料合金中,添加Si0.008(重量)%、Ag1.68(重量)%。这是在使用Ag-Sn其晶合金(熔融温度830℃),添加Si的情况,为了比较,在和Sn-Pb合金(Sn60(重量)%、Pb40(重量)%)的焊料合金相同的条件下,制作试料。将两种合金制作成直径为1mm的合金线。
对其进行拉力试验,结果发现,对于使用不含Si的以前的焊料合金,为4.2kgf/cm2,使用由含Si的本实施例焊料合金形成的焊接合金线,为6.8kgf/cm2,强度大约增加62%。
Claims (1)
1、一种高强度焊料合金,其特征在于:它是有以下成分构成:
Si 0.0005~0.35(重量)%
Ag 0~5.0(重量)%
Sb 0~10.0(重量)%
Bi 0~10.0(重量)%
Sn 20~95(重量)%
Pb 0~70(重量)%
Ca 0~0.5(重量)%
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