CN116140861A - 一种无铅钎料合金及其钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅钎料合金及其钎焊方法，涉及金属材料技术领域，无铅钎料的组分为：Zn 3‑15wt.％，Bi 0.5‑6wt.％，S 0.005‑0.8wt.％，Sr0.001‑2wt.％，余量为Sn。本发明的钎焊方法为：将粒径为20‑50μm的各原料粉末球磨混合均匀后，添加少量助焊剂，搅拌后预压成薄块，放置在待焊的洁净Cu或Ag基板之间，然后加热的同时在基板表面垂直施加5‑15MPa的压力，保温1‑10min后冷却凝固。本发明中的S可提高该合金的抗氧化性能及耐蚀性；添加适量的Bi可能与S发生相互作用形成Bi2S3，提高其耐蚀性和力学性能；Sr与氧的亲和力强，可降低钎料合金中的含氧量，还可细化Sn‑Zn基体的微观组织。该钎焊工艺温度低，工艺简单，钎料合金成本低，适合电子封装中Cu、Ag等金属材料的软钎焊。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体讲是一种无铅钎料合金及其钎焊方法。
背景技术
随着电子工业的蓬勃发展和人类对健康的关注以及环保意识的增强，电子产品不断微型化、轻量化，电子封装的立体化、高密度化使无铅钎料连接接头的可靠性要求日益提高，亟需开发出具有综合性能优异、焊接工艺简单可靠的新型无铅钎料。
在此背景下，已研究和开发了如Sn-Zn、Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu等二元、三元无铅钎料合金，后来又在各自基础上研究出四元合金。Sn-Ag系合金中的Sn-Ag-Cu系合金在欧洲、美国、日本等地研究已经颇为成熟，有望成为无铅钎料发展方向之一，但其缺点是成本高昂，熔点高达217℃，远超于Sn-Pb的183℃；Sn-Cu系合金成本低廉，在波峰焊中广泛使用，但存在的问题一是熔点较高，二是力学性能差，目前较为有效的解决方法是添加Ni、Al和Ag等合金元素。Sn-Zn系合金的共晶熔点为198.5℃，与共晶Sn-Pb的熔点相近，且其可兼容现有工艺设备，力学性能优异，成本低廉，具有良好的应用前景。但由于Zn较活泼，易氧化，由于腐蚀电位较低而易被腐蚀，这极大地阻碍了该合金在被焊基体上的铺展及因腐蚀性介质环境中耐蚀性不佳而使接头失效。目前主要是通过在Sn基无铅钎料合金中添加RE、In、Bi、Al、P、Ag、Cu、Ga、Cr等合金元素来改善其性能。Sn-Zn无铅钎料的发展虽取得了一定成效，但随着连接件的服役条件日益苛刻，其润湿性，抗氧化性还难以与Sn-Pb钎料相匹配，在腐蚀性环境中的耐蚀性也不够，应用和发展都遭遇了很大的阻碍。
钎料合金的制备方法基本上都是通过熔炼的方法制备，然后再经过多道工序加工成所需要形状的粉、丝、棒、条，最后通过各种钎焊工艺进行钎焊，工序比较繁杂，生产周期长，成本较高。采用熔炼的方法制备Sn基无铅钎料合金，尤其是含易氧化烧损的合金组元时，需采取更复杂、有效的防氧化烧损手段，增加了工艺步骤和难度，同时熔炼时易形成高熔点的金属间化合物，氧化夹杂较多；目前有报道采用粉末冶金的方法制备无铅钎料合金，在一定程度上可以避免熔炼时形成高熔点的金属间化合物，但制备时还需要压制后烧结，才能制得所需合金，再通过各种钎焊方法进行钎焊，工艺相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种Sn-Zn-S-Bi无铅钎料合金及其钎焊方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种无铅钎料合金，其组分及其质量百分比为：Zn含量3-15wt.％，Bi含量0.5-6wt.％，S含量0.005-0.8wt.％，余量为Sn。
作为本发明的优选方案，还包括0.001-2wt.％的Sr。
本发明还公开了一种Sn-Zn-S-Bi无铅钎料合金的钎焊方法，包括以下步骤：将原料Sn、Zn、Bi粉末、S粉或Sn-S中间合金粉末混合均匀后，添加助焊剂，充分搅拌后预压成薄块，放置在待焊的基板之间，然后加热的同时在基板表面垂直施加压力，保温1-10min后冷却凝固，完成钎焊。
作为本发明的优选方案，所述Sn、Zn、Bi粉末的粒径为20-50μm。
作为本发明的优选方案，所述原料中还添加有Sr粉末、Sn-Sr中间合金粉末、Zn-Sr中间合金粉末中的至少一种。
作为本发明的优选方案，所述压力为5-15MPa。
作为本发明的优选方案，所述加热至220-280℃温度范围。
作为本发明的优选方案，所述基板为Cu和/或Ag。
作为本发明的优选方案，所述助焊剂是松香、乙醇、DMA、乙二醇的混合物。
作为本发明的优选方案，所述助焊剂的添加量为粉末原料的1-20wt.％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的钎料合金，通过适量添加S能提高Sn-Zn钎料合金的抗氧化性和润湿性，同时可以提高钎料合金在不同腐蚀性环境中的耐蚀性；S在Sn-Zn钎料合金中可能有两种存在状态，一部分是固溶态的S易与O结合形成SO2或SO3从体系中逸出；另一部分S易吸附迁移到更活泼的Zn相，与Zn发生相互作用，并细化富Zn相，另外，在腐蚀发生时，对Zn相有一定的“钉扎”作用，从而使Zn的选择性腐蚀更难发生，提高无铅钎料合金的耐蚀性；另外Bi一方面能有效降低合金熔点，提高合金的润湿性能，另一方面能固溶到Sn-Zn钎料基体中，并可能与S发生相互作用形成Bi2S3，提高其耐蚀性和力学性能。
(2)本发明的无铅钎料合金中的Sr属活泼金属，与氧的亲和力强，可降低钎料合金中的含氧量，另外还可细化Sn-Zn基体的微观组织。本发明使用的合金元素Bi、Sr和S不属稀贵元素，成本低廉。
(3)本发明的钎焊方法，采用粒径为20-50μm的Sn、Zn、Bi粉末、Sr粉末或Sn-Sr中间合金粉末或Zn-Sr中间合金粉末、S粉或Sn-S中间合金粉末混合均匀后，添加1-20wt.％助焊剂，充分搅拌后预压成薄块，放置在洁净、待焊的Cu或Ag基板之间，然后加热的同时在基板表面垂直施加5-15MPa的压力，保温1-10min后冷却凝固，完成钎焊；本发明工艺简单，操作简便，在加热的同时加压，可降低钎焊接头的气孔率，减少焊接缺陷，可得到致密、可靠性好的钎焊接头，解决了传统钎焊工艺中使用钎焊合金需要进行烧结或熔炼的高温步骤。
附图说明
图1为实施例1试样的剖面磨制金相图；
图2为添加S、Bi和Sr元素对钎焊试样剪切强度的关系柱状图；
图3为不同Bi含量对试样润湿性的关系曲线图；
图4为不同试样、浸泡不同时间对其失重量的关系曲线图；
图5为不同试样的极化曲线。
具体实施方式
针对Sn-Zn合金中存在的润湿性不好、抗氧化性和抗腐蚀性较差的问题，通过添加适量S、Bi和Sr来提高Sn-Zn合金的润湿性、力学性能和抗腐蚀性，并通过简单方便的钎焊工艺，实现Cu或Ag的软钎焊，降低成本。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的无铅钎料合金组分及其质量百分比为：
Zn含量3-15wt.％，Bi含量0.5-6wt.％，S含量0.005-0.8wt.％，余量为Sn。
还有一些应用中，可以包含Sr含量0.001-2wt.％。
本发明中的钎料合金的钎焊方法为：将原料粒径为20-50μm的Sn、Zn、Bi粉末、S粉或Sn-S中间合金粉末混合均匀后，添加1-20wt.％助焊剂，充分搅拌后预压成薄块，放置在洁净、待焊的Cu或Ag基板之间，然后加热至220-280℃温度范围内，同时在基板表面垂直施加5-15MPa的压力，保温1-10min后冷却凝固，完成钎焊。
原料中还可以添加Sr粉末或Sn-Sr中间合金粉末或Zn-Sr中间合金粉末中的至少一种。
适量添加S能提高Sn-Zn钎料合金的抗氧化性和润湿性，同时可以提高钎料合金在不同腐蚀性环境中的耐蚀性；S在添加Sn-Zn钎料合金中有两种存在状态，一部分是固溶态的S易与O结合形成SO2或SO3从体系中逸出；另一部分S易吸附迁移到更活泼的Zn相，与Zn相发生相互作用，细化富Zn相，另外，在腐蚀发生时，对Zn相有一定的钉扎作用，从而使Zn的选择性腐蚀更难发生，提高无铅钎料合金的耐蚀性；Bi一方面能有效降低合金熔点，提高合金的润湿性能，另一方面能固溶到Sn-Zn钎料基体中，并可能与S发生相互作用形成Bi2S3，提高其耐蚀性和力学性能；Sr属活泼金属，与氧的亲和力强，可降低钎料合金中的含氧量，另外Sr还可细化Sn-Zn基体的微观组织。本发明使用的合金元素Bi、Sr和S不属稀贵元素，成本低廉。
采用粒径为20-50μm的Sn、Zn、Bi粉末、Sr粉末或Sn-Sr中间合金粉末或Zn-Sr中间合金粉末、S粉或Sn-S中间合金粉末混合均匀后，添加1-20wt.％助焊剂，充分搅拌后预压成薄块，放置在待焊的Cu或Ag基板之间，然后加热的同时在基板表面垂直施加5-15MPa的压力，保温1-10min后冷却凝固，完成钎焊。工艺简单，操作简便，可得到可靠性好的钎焊接头。
本发明将通过以下实施例作进一步地说明。
实施例1
采用粒径为30μm的Sn、Zn、Bi粉末、25μm的Sn-S和Sn-Sr中间合金粉末，Zn的质量百分比为8％、Bi的质量百分比2％，Sn-S中间合金质量百分比以S含量为0.06％计，Sn-Sr中间合金质量百分比以Sr含量为0.2％计，余为Sn，在球磨机中混合均匀后，添加8％(70wt.％松香+25wt.％乙醇+2wt.％DMA+3wt.％乙二醇)的助焊剂，充分搅拌，将其预压成薄块，放置在待焊的Cu基板之间，然后从室温加热至250℃，加热的同时在基板表面垂直施加10MPa的压力，保温5min后冷却凝固，完成钎焊，得到钎焊连接件。将此试样取剖面磨制金相(图1所示)，可以看到钎焊后的焊点界面形成连续的一层厚度约为1-2μm金属间化合物层，焊点致密，表明该工艺可实现Cu基板间得到良好焊接。
实施例2
采用粒径25μm的Sn、Zn粉末，Zn的质量百分比为6％，余量为Sn，将合金粉末分别在球磨机中混合均匀后，添加10wt.％(70wt.％松香+25wt.％乙醇+2wt.％DMA+3wt.％乙二醇)的助焊剂，充分搅拌，将其预压成薄块，放置在待焊的Cu基板之间，然后从室温加热至255℃，加热的同时在基板表面垂直施加8MPa的压力，保温6min后冷却凝固，分别得到钎料Sn-6Zn的钎焊件。
实施例3
采用粒径25μm的Sn、Zn粉末，Zn的质量百分比为6％，Sn-S中间合金质量百分比以S含量为0.06％计，余量为Sn，其余同实施例2，制得Sn-6Zn-0.06S的钎焊件。
实施例4
采用粒径25μm的Sn、Zn粉末，Zn的质量百分比为6％，Bi的质量百分比1％，Sn-S中间合金质量百分比以S含量为0.06％计，余量为Sn，其余同实施例2，制得Sn-6Zn-0.06S-1Bi的钎焊件。
实施例5
采用粒径25μm的Sn、Zn粉末，Zn的质量百分比为6％，Bi的质量百分比1％，Sn-S中间合金质量百分比以S含量为0.06％计，Sn-Sr中间合金质量百分比以Sr含量为0.5％计，余量为Sn，其余同实施例2，制得Sn-6Zn-0.06S-1Bi-0.5Sr的钎焊件。
对实施例2-5的钎焊件进行剪切拉伸实验，结果测得：Cu/Sn-6Zn/Cu、Cu/Sn-6Zn-0.06S/Cu、Cu/Sn-6Zn-0.06S-1Bi/Cu、Cu/Sn-6Zn-0.06S-1Bi-0.5Sr/Cu四种焊接接头的剪切强度分别为35.3MPa、37.6MPa、40.5MPa和44.2MPa，表明随着适量S、Bi和Sr的添加，接头的强度升高，如图2所示。
实施例6
采用纯度为99.5％的的Sn、Zn、Bi合金和Sn-S中间合金为原料，Zn的质量百分比为6.5％、Sn-S中间合金质量百分比以S含量为0.08％计，Bi的质量百分比分别取0，1％，2％，3％，4％，余为Sn，在井式炉中分别熔炼制备Sn-6.5Zn-0.08S、Sn-6.5Zn-0.08S-1Bi、Sn-6.5Zn-0.08S-2Bi、Sn-6.5Zn-0.08S-3Bi、Sn-6.5Zn-0.08S-4Bi五种不同Bi含量的钎料合金，进行润湿实验，测试其在Cu基上的润湿铺展面积，结果如图3所示，可以看到，随着Bi含量的增加，钎料的润湿铺展面积增大。
实施例7
采用纯度为99.5％的的Sn、Zn、Bi合金和Sn-S、Sn-Sr中间合金为原料，Zn的质量百分比为8％、Bi的质量百分比3％，Sn-S中间合金质量百分比分别以S含量为0.02％和0.2％计，Sn-Sr中间合金质量百分比以Sr含量为0.3％计，余为Sn，在井式炉中分别熔炼Sn-8Zn-3Bi、Sn-8Zn-3Bi-0.02S、Sn-8Zn-3Bi-0.2S、Sn-8Zn-3Bi-0.02S-0.3Sr，浇铸制成钎料合金，进行浸泡腐蚀实验，测试钎料合金在pH值约为10的碱性条件下的腐蚀失重量，结果如图4所示，可以看到，Sn-8Zn-3Bi钎料合金的失重量随S和Sr含量的添加而减少，说明其在该环境中的耐蚀性得到明显改善。
实施例8
采用纯度为99.5％的的Sn、Zn、Bi合金和Sn-S、Sn-Sr中间合金为原料，Zn的质量百分比为7％、Bi的质量百分比1％，Sn-S中间合金质量百分比分别以S含量为0.05％计，Sn-Sr中间合金质量百分比以Sr含量为0.2％计，余量为Sn，在井式炉中分别熔炼Sn-7Zn-0.05S、Sn-7Zn-0.05S-1Bi、Sn-7Zn-0.05S-1Bi-0.2Sr，浇铸制成钎料合金，进行电化学腐蚀实验，测试钎料合金在3.5wt.％的NaCl溶液中的极化曲线，结果如图5所示，表1列出了钎料合金相应的自腐蚀电位和腐蚀电流，从图5和表1中可以明显看到，Bi、Sr元素的添加可分别提高Sn-7Zn-0.05S钎料合金的自腐蚀电位，并减小该钎料合金的腐蚀电流，表明Sn-7Zn-0.05S钎料合金在3.5wt.％的NaCl溶液中的耐蚀性得到明显提高。
表1由图5所示极化曲线所得的电化学参数
| 合金成分 | 自腐蚀电位(Ecorr,V) | 腐蚀电流(Icorr,μA·cm-2) |
| Sn-7Zn-0.05S | -1.09 | 5.17 |
| Sn-7Zn-0.05S-1Bi | -1.02 | 4.82 |
| Sn-7Zn-0.05S-1Bi-0.2Sr | -0.95 | 1.56 |
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无铅钎料合金，其特征在于，其组分及其质量百分比为：Zn含量3-15wt.％，Bi含量0.5-6wt.％，S含量0.005-0.8wt.％，余量为Sn。
2.根据权利要求1所述的一种无铅钎料合金，其特征在于，还包括0.001-2wt.％的Sr。
3.一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料Sn、Zn、Bi粉末和S粉或Sn-S中间合金粉末混合均匀后，添加助焊剂，搅拌后预压成薄块，放置在待焊的基板之间，然后加热，同时在基板表面垂直施加压力，保温1-10min后冷却凝固，完成钎焊。
4.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述Sn、Zn、Bi粉末的粒径为20-50μm。
5.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述原料中还添加有Sr粉末、Sn-Sr中间合金粉末、Zn-Sr中间合金粉末中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述压力为5-15MPa。
7.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述基板为Cu和/或Ag。
8.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述加热至220-280℃温度范围。
9.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述助焊剂是松香、乙醇、DMA、乙二醇的混合物。
10.根据权利要求3所述的一种无铅钎料合金的钎焊方法，其特征在于，所述助焊剂的添加量为粉末原料的1-20wt.％。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000015478A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Toshiba Corp | ハンダ材 |
| US20010002982A1 (en) * | 1996-06-12 | 2001-06-07 | Sarkhel Amit Kumar | Lead-free, high tin ternary solder alloy of tin, silver, and bismuth |
| CN102500947A (zh) * | 2011-10-24 | 2012-06-20 | 南京信息工程大学 | 一种高强度锡镉系无铅焊料合金及其制备方法 |
| CN103153528A (zh) * | 2010-11-19 | 2013-06-12 | 株式会社村田制作所 | 导电性材料、使用它的连接方法和连接结构 |
| KR20150087543A (ko) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 한국기계연구원 | 황을 함유하는 솔더 합금 및 이의 제조방법 |
| CN109226992A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-18 | 西安理工大学 | 一种低温扩散制备铜铝双金属材料的方法 |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010002982A1 (en) * | 1996-06-12 | 2001-06-07 | Sarkhel Amit Kumar | Lead-free, high tin ternary solder alloy of tin, silver, and bismuth |
| JP2000015478A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Toshiba Corp | ハンダ材 |
| CN103153528A (zh) * | 2010-11-19 | 2013-06-12 | 株式会社村田制作所 | 导电性材料、使用它的连接方法和连接结构 |
| CN102500947A (zh) * | 2011-10-24 | 2012-06-20 | 南京信息工程大学 | 一种高强度锡镉系无铅焊料合金及其制备方法 |
| KR20150087543A (ko) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 한국기계연구원 | 황을 함유하는 솔더 합금 및 이의 제조방법 |
| CN109226992A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-18 | 西安理工大学 | 一种低温扩散制备铜铝双金属材料的方法 |
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