CN1555960A - 锡锌铜无铅钎料合金 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料工程技术领域,涉及到电子封装钎焊材料技术领域,特别涉及到低熔点的无铅钎料合金。其特征在于合金由以下成分组成:5~10重量%的Zn;3.05~10重量%的Cu;0.05~0.5重量%的稀土元素,包括La,Ce,Pr,Nd中的一种或几种元素;含有0.2~2重量%的Bi,其余为Sn。本发明效果和益处是合金其润湿性较好,力学性能优良,无毒、无污染,价格便宜,综合性能优良,可满足电子工业,尤其是家用电器等无铅钎料应用领域的要求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域,涉及到电子封装钎焊材料技术,特别涉及到适用于钎焊电子元件而不造成热损伤的无铅钎料合金。
背景技术
由于传统的锡铅钎料含有对人体和环境具有极大危害的铅元素,发展无铅钎料已经成为当前材料科学工作者的一项紧迫任务。美国、日本等国家正积极立法来禁止铅的使用,欧盟根据立法案电气电子产品机械的废弃物的指令,从2006年7月1日起将全面禁止含铅、镉等有毒有害元素在电子工业中的使用。因而,为了消除铅的污染,迫切需要无铅的钎料来取代Sn-Pb钎料应用于电子封装焊接技术中。
为了使无铅钎料合金成分满足有关法规要求,并使钎料合金具有优良的力学性能和钎焊接头具有较高的可靠性,钎料合金必须具有合适的熔点,良好的润湿性,组成元素不含有毒、有害性元素,供给量充足能够满足产业化的要求,合金组织稳定性好,无腐蚀性等。在当前研究的二元及多元合金体系中,Sn-Ag,Sn-Bi-Ag,Sn-Ag-Cu钎料极其钎焊接头研究较多,具有较好的应用前景。但是这些合金十分昂贵,是锡铅合金价格的3倍左右。
Sn-9Zn合金具有良好的经济性和力学性能,但是Zn元素具有活拨的化学性质和冶金性,使该合金的润湿性和抗腐蚀性很差,极大影响了应用。而且,Sn-9Zn合金组织中含有粗大的β-Sn晶粒,由于润湿性差钎焊接头结合强度也较低。近年来,为了改善Sn-9Zn合金的性能,研究者将In、Bi、Al以及稀土元素等作为合金化元素添加到合金中,但是作用不够显著。例如,美国发明专利US6488888,US6440288,US5017738以及千住会社申请的中国发明专利(公开号:1198117)等都添加了多种元素到Sn-Zn合金中来改善性能。其中Cu的添加量都小于3%。然而,根据我们的最新研究结果,如果在Sn-9Zn体系内加入3-10%的Cu元素可以明显提高其润湿性。其原因在于只有Cu的添加超过3%才可使Zn形成较稳定的Cu-Zn化合物,极大降低了Zn元素的活泼性;进一步地,该钎料具有良好的力学性能以及可靠性。其抗拉强度大于50Mpa,虽然塑性下降,但仍具有15%以上的延伸率和断面收缩率。完全可满足钎料的力学性能要求。
发明内容
本发明的目的是,提供一种锡锌铜无铅钎料,以解决目前制约锡锌合金存在的问题,使其润湿性、抗腐蚀性及力学性能进一步改善,从而可以广泛应用于电子封装当中。
本发明的更为具体的目的是提供具有以下性质的无铅钎料合金:
1)具有良好的可焊性;
2)形成的钎焊接头具有足够高的结合强度,钎焊接头组织稳定性优良;
3)可以用钎焊烙铁进行钎焊;
4)极低的成本。
本发明的技术方案是,在Sn-Zn合金中添加了3.05~10重量%的Cu,,同时任选含有0.2~2重量%的Bi、微量稀土元素RE(由La,Ce,Pr,Nd中的一种或几种元素组成)中的一种或几种。
钎料合金成分根据以下理由是:Cu元素的加入使得合金中富Zn相转变成Cu-Zn化和物,极大降低了Zn元素的活泼性,使得在钎焊过程中Zn的氧化问题得到解决,降低了液相的表面张力,因而显著提高了润湿性。
微量混合稀土元素抑制了粗大的β-Sn晶粒生成,使合金组织明显细化,进而提高了合金的力学性能,同时稀土元素的加入显著改善合金的润湿性。
Bi作为合金化元素来提高合金的润湿性、降低熔点
本发明的效果和益处是,由于Cu,RE,Bi合金化元素的加入使得钎料合金润湿性、力学性能较好,熔点适宜,价格便宜,能够克服Sn-Zn合金的弱点,可广泛应用于电子工业,尤其是家电,汽车等领域的无铅化需求。
附图说明
图1是(Sn-9Zn)-xCu的润湿角随Cu含量变化示意图,使用的钎剂是RMA松香活性钎剂,钎焊温度为265℃。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式和实施例。本发明的锡锌铜无铅钎料的化学成分(%)如下:
1.(5~10)Zn;(3.05~10)Cu,余量为Sn及不可避免的杂质组成;
2.(5~10)Zn;(0.05~0.5)RE;(3.05~10)Cu,余量为Sn及不可避免的杂质组成;
3.(5~10)Zn;(0.2~2)Bi,(3.05~10)Cu,余量为Sn及不可避免的杂质组成。
将上述按成分配好的原料放入工业用真空感应炉中冶炼,在常压下,600℃温度保温4~6小时,浇注即可得到焊料合金.通过喷雾制取钎料粉末,加入钎剂,便得到焊膏。
实施例:
选取下列化学成分(%):(7~9)Zn;(0.05~0.15)RE;(0.5~2)Bi;(4~6)Cu,余量为Sn。将上述按成分配好的原料放入工业用真空感应炉中冶炼,在常压下,600℃温度保温4~6小时,浇注即可得到焊料合金,通过喷雾制取钎料粉末,加入钎剂,便得到焊膏。可用于再流焊。
Claims (3)
1.一种锡锌铜无铅钎料合金,其特征是含有5~10重量%的Zn,3.05~10重量%的Cu,其余为Sn。
2.根据权利要求1所述的一种锡锌铜无铅钎料合金,其特征是含有0.05~0.5重量%的稀土元素,稀土元素包括La,Ce,Pr,Nd中的一种或几种元素。
3.根据权利要求1所述的一种锡锌铜无铅钎料合金,其特征是含有0.2~2重量%的Bi。
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