CN1265934C - 一种抗氧化无铅焊料及其制备方法 - Google Patents

一种抗氧化无铅焊料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗氧化无铅焊料，属焊料技术领域。其制备方法为首先将锡熔化，在500～700℃下，按比例加入铜，搅拌使铜熔化；分别加入铜-镍合金、锡-镧铈稀土合金和锡-镓合金，使所有加入的铜、镍、镓和镧-铈稀土的总量符合一定比例，搅拌使其熔化；降温至400～450℃，保温1小时；浇铸成锭。本发明提出的抗氧化无铅焊料，具有良好的抗氧化性能，焊料流动性好，焊接后焊点结晶细致光亮。

Description

一种抗氧化无铅焊料及其制备方法
技术领域  本发明涉及一种抗氧化无铅焊料及其制备方法，属焊接技术领域。
背景技术  传统的焊料是Sn-pb合金焊料，这种焊料物理和力学性能优越，广泛应用于电子组件的焊接，然而传统焊料中含有大量的铅，铅是一种有毒的金属元素，人体摄入后会在人体聚集而不能排出，对人体产生严重有害的作用。研究指出，铅能与人体内蛋白质强烈结合而抑制人体的正常功能，造成神经功能和代谢功能紊乱，并且能够引起血色素减少，引起贫血，高血压等疾病。在铅-锡焊料的生产和使用过程中，人体会不可避免的摄入过量的铅；含铅废弃物还可能污染土壤和地下水，最终也会被人体吸收。因此，在电子工业中用无铅焊料代替传统的铅-锡焊料是当今各国关注的重要课题。在这种情况下，各种各样的无铅焊料应运而生。目前的无铅焊料主要有Sn-Cu系列，Sn-Ag-Cu系列，Sn-Zn系列等多种，尽管无铅焊料的种类很多，但大多存在这样或那样的问题，其中最常见的有下面两个问题：
1、抗氧化性能差。在焊接过程中锡易被氧化成锡渣。这样一来既影响了使用，又造成了锡的浪费。
2、合金组织不细致，焊接后焊点没有光泽，影响焊点外观。
3、流动性差，焊接后容易引起拉尖和桥连，影响焊接质量。
发明内容  本发明的目的是提出一种抗氧化无铅焊料及其制备方法，在焊料中加入适量的Ni，以改善焊料的组织结构，使焊料流动性好，焊接后焊点结晶细致光亮。
本发明提出的抗氧化无铅焊料，各组分的重量百分比为：
铜            0.7％
镍            0.03～0.05％
镓            0.0008～0.01％
镧铈稀土      0.005％
锡            余量。
上述焊料的制备过程包括以下步骤：
(1)将锡熔化，在550～600℃下，按比例加入铜，搅拌使铜熔化；
(2)分别加入铜-镍合金、锡-镧铈稀土合金和锡-镓合金，使所有加入的铜、镍、镓和镧-铈稀土的总量符合上述比例，搅拌使其熔化；
(3)降温至400～450℃，保温1小时；
(4)浇铸成锭。
本发明提出的抗氧化无铅焊料，具有良好的抗氧化性能，焊料流动性好，焊接后焊点结晶细致光亮。在Sn-Cu无铅焊料中加入适当的Ga(镓)和RE(镧铈稀士元素)，Ga和RE的加入，可以大大提高焊料的抗氧化性。Ga的加入，可以在焊料表面形成一层结构细腻，緻密的集肤层，由于集肤层的作用，使无铅焊料不易被氧化。RE的加入有除气作用和调制合金细化的作用，也使无铅焊料不易被氧化。在焊料中通常溶解有氮、氧等气体，由于氧的存在，使无铅焊料易于氧化。由于RE对氧有一定的吸咐作用，使得氧的氧化能力下降。并且，由于RE的加入，使氧化层表面由疏松变的緻密，使得焊料不易进一步氧化，从而提高焊料的抗氧化能力。在Sn-Cu无铅焊料中加入适当的Ni。Ni的加入可明显的改善合金的结晶状况。Sn-Cu焊料在结晶时是以Cu6Sn5形成技状的金属化合物结晶，结晶生成过大就会使结晶显得粗糙，在Sn-Cu焊料中加入Ni后，会形成Ni3Sn2相，其溶点为795℃，高于Cu6-Sn5相，由于Ni3Sn2相的存在，抑制了Cu6Sn5相的长大，从而使Sn-Cu焊料结晶细致有光泽。也因此使得流动性变好。Ga、RE和Ni的加入量是至关重要的，Ga加入量为0.0008～0.1％，RE的加入量为0.001～0.1％，Ni的加入是为0.01～0.3％，加入量过少则不起作用，加入量过多，会导致熔点升高。
具体实施方式
本发明的以下实施例均以制备100Kg无铅焊料为例，其中加入的Cu-Ni中间合金中的镍含量为6％，Sn-RE中间合中的RE含量为2％，Sn-Ga中间合金中的Ga含量为1％。
实施例一：
将99.27KgSn熔化，在550℃加入0.19KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.33Kg，Sn-RE中间合金0.15Kg和Sn-Ga中间合金0.08Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时，浇注成锭。
实施例二
将99.06KgSn熔化，在600℃加入0.13KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.50Kg，Sn-RE中间合金0.25Kg和Sn-Ga中间合金0.10Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
实施例三
将98.51KgSn熔化，在580℃加入0.07KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.67Kg，Sn-RE中间合金0.30Kg和Sn-Ga中间合金0.50Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
实施例四
将98.41KgSn熔化，在550℃加入0.07KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.67Kg，Sn-RE中间合金0.40Kg和Sn-Ga中间合金0.50Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
实施例五
将97.72KgSn熔化，在580℃加入0.02KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.83Kg，Sn-RE中间合金0.50Kg和Sn-Ga中间合金1.0Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
对本方法制备的抗氧化无铅焊料进行抗氧化性和流动性进行了测试，同时与Sn-Cu无铅焊料进行对比实验，实验样6个，对比样2个。抗氧化性能以出渣量作为指标。实验方法如下：称取一定量的焊料，放在焊锡锅中，250℃下连续搅拌2小时，搅拌速率为60转/分，记录出渣量。结晶状况采用目视比较法进行。在溶化、冷凝结晶后，对比本方法制备的抗氧化无铅焊料和Sn-Cu无铅焊料的结晶状况，比较结果见下表。
                 抗氧化无铅焊料与一般无铅焊料性能对比表
 样品   组          成(％)   性     能
  Cu   Ni   RE   Ga   抗氧化性   流动性   结晶状况
 实施例一   0.7   0.03   0.005   0.0008   好   好   细致
 实施例二   0.7   0.03   0.005   0.001   好   好   细致
 实施例三   0.7   0.04   0.005   0.005   好   好   细致
 实施例四   0.7   0.04   0.005   0.005   好   好   细致
 实施例五   0.7   0.05   0.005   0.01   好   好   细致
 对比样品1   0.7   0   0   0   差   差   粗糙
 对比样品2   0.7   0   0   0   差   差   粗糙

Claims (2)

1、一种抗氧化无铅焊料，其特征在于该焊料中各组分的重量百分比为：
铜                  0.7％
镍                  0.03～0.05％
镓                  0.0008～0.01％
镧铈稀土            0.005％
锡                  余量。
2、一种抗氧化无铅焊料的制备方法，其特征在于该焊料中各组分的重量百分比为：
铜                  0.7％
镍                  0.03～0.05％
镓                  0.0008～0.01％
镧铈稀土            0.005％
锡                  余量
其制备过程包括以下步骤：
(1)将锡熔化，在550～600℃下，按比例加入铜，搅拌使铜熔化；
(2)分别加入铜-镍合金、锡-镧铈稀土合金和锡-镓合金，使所有加入的铜、镍、镓和镧-铈稀土的总量符合上述比例，搅拌使其熔化；
(3)降温至400～450℃，保温1小时；
(4)浇铸成锭。
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