一种无铅焊料合金及其应用制造技术

技术编号:20920350 阅读:23 留言:0更新日期:2019-04-20 10:29
本发明专利技术提供一种无铅焊料合金及其应用,本发明专利技术的无铅焊料合金,该合金主要由锡、铟、银、铁、铝、铜以及不可避免的杂质组成,可以进一步的包含镍、锌。本发明专利技术提供的无铅焊料合金环保,具有较高的液相线温度和固相线温度,可以承受较高的工作环境温度,同时在焊接时展现较佳的流动性和浸润性,用于电子元器件连接件焊接在汽车后风挡玻璃电接触表面上,可提供极佳的连接性能。

A Lead-free Solder Alloy and Its Application

The invention provides a lead-free solder alloy and its application. The lead-free solder alloy of the invention is mainly composed of tin, indium, silver, iron, aluminium, copper and unavoidable impurities, and can further contain nickel and zinc. The lead-free solder alloy provided by the invention is environmentally friendly, has high liquidus temperature and solid phase temperature, can withstand high working environment temperature, and exhibits better fluidity and wettability during welding. It can be used for welding electronic component connectors on the electric contact surface of rear windshield glass of automobiles to provide excellent connection performance.

【技术实现步骤摘要】
一种无铅焊料合金及其应用
本专利技术属于无铅焊料
,更具体地,涉及环保型的用于玻璃的无铅焊料组合物。
技术介绍
汽车的风窗玻璃和后风挡玻璃往往要承载一些必要的功能,例如,除雾除霜和无线电天线等功能。为了向车窗提供这些类型的功能,首先需要将金属涂层(主要成分为银浆)印刷在玻璃上,作为电接触表面,起到电信号传输功能;同时还需要向玻璃窗提供稳定的电压,就要有相应的电连接件作为接头焊接到电接触表面。最初,电连接件都是通过有铅焊料焊接到电接触表面上的。由于有铅焊料具有焊锡流动性好、焊接设备要求低、价格便宜的优点,被广泛应用于电连接件和玻璃(金属涂层)之间的焊接。然而,由于其涉及到环境问题,欧盟出台2000/53/EG规定,对整车中电子元器件和电子连接件使用的焊料中的铅、汞、镉和铬等有害物质进行了明确限制。韩国日本都颁布了类似的法规,中国相关法案已经在草拟中,预计在2020年全面实施,因此,有铅焊料被无铅焊料取代成为一种趋势。已知的无铅焊料合金,主要来自于电子行业,主流为锡银系合金。一方面,这些无铅焊料合金易于制造且价格低廉,从而成为无铅焊料的首选;另一方面,这些无铅焊料合金具有较差的塑性形变特性,容易产生较大的焊接应力,例如,玻璃和电连接件(多为铜材质)属于热膨胀系数区别很大的两种材料,无铅焊料合金通过高温熔融后将玻璃和电子元器件的连接件焊接在一起后,在随后的冷却过程中,由于该焊料具有较差的塑性变形,不能抵消电子元器件的连接件和玻璃之间产生的应力,在相对较大的温度波动情况下或者外力击打情况下会致使玻璃破裂,连接件脱落。在本领域,亟需开发一种能够耐受汽车行业所要求的环境温度,且能满足汽车行业所有性能要求的环保型无铅焊料。
技术实现思路
本专利技术提供一种环保的无铅焊料合金,具有较高的液相线温度和固相线温度,在承受较高的工作环境温度的情况下,还可以在焊接时保持良好的流动性,最终实现极佳的焊接强度。本专利技术采用的技术方案如下:本专利技术第一方面提供一种无铅焊料合金,按质量百分比计,含有锡70%~95%,银4.5%~10%,铜0.3%~2%,铁0~2.5%,铝0~2%,余量为铟和不可避免的杂质。优选的实施方案中,所述锡的质量百分比为75-85%优选的实施方案中,所述铟的质量百分比为7-25%,优选的实施方案中,所述银的质量百分比为5%~8%,优选的实施方案中,所述铜的质量百分比为0.5%~1.5%,优选的实施方案中,所述铁的质量百分比为0.5%~2%,优选的实施方案中,所述铝的质量百分比为0.5%~1.5%,优选的实施方案中可以进一步的包含0~1%的镍,以及0~1%的锌本专利技术第二方面提供上文所述的无铅焊料合金的应用,所述无铅焊料合金用于将电子元器件的连接件焊接到玻璃上的电接触表面。本专利技术第三方面提供一种玻璃组件,包括带有电接触表面的玻璃基体、无铅焊料层和电子元器件,所述电子元器件的连接件通过所述无铅焊料层焊接固定于所述电接触表面,所述无铅焊料层的材质为上文所述的无铅焊料合金。进一步的,所述玻璃组件为汽车玻璃组件。本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果:1、本专利技术的无铅焊料合金环保,不添加铅、锑等有害人类健康和生态环境的组分。2、本专利技术的无铅焊料合金,在强度、延展性和导电性方面性能优越,在不添加铅、锑等容易和锡结合的组分的情况下,依然具备很好的焊接性能,焊接时具有较佳的流动性和浸润性,粘结性好。通过焊接后拉拔力和剪切力的检测,该无铅焊料的性能可以和现有的有铅焊料相媲美,性能差异不大,焊接应力小,特别适用于汽车玻璃上的焊接。3、应用本专利技术的无铅焊料合金将电子元器件的连接件焊接到玻璃的电接触表面时,可以使用简单的焊接工艺来实施。例如电烙铁工艺、电阻焊工艺、热空气焊接等等,无需特殊的焊接设备,焊接环境要求低,空气中即可进行;且该焊料合金可以承受120℃以上的更高工作环境温度而不熔化。附图说明图1为使用了本专利技术的无铅焊料合金的一种玻璃组件的平面结构示意图。图2为图1中A-A截面示意图。附图标记说明:90—玻璃组件900—玻璃基体920—电接触表面930—含银加热丝980—加热工作区域800—电子元器件840—电源线850—连接件700—无铅焊料层具体实施方式为了更好的理解本专利技术的技术方案,下面进一步详细阐述本专利技术。本专利技术的无铅焊料合金,其成分含有锡、银、铜、铟,可选的还含有铁和/或铝和/或镍和/或锌。按照质量百分比计,锡70%~95%,银4.5%~10%,铜0.3%~2%,铁0~2.5%,铝0~2%,余量为铟和不可避免的杂质,可以进一步的包含0~1%的镍,以及0~1%的锌。本专利技术的无铅焊料合金配方中无需使用铅、锑等有毒组分。本专利技术的无铅焊料配方在不使用铅、锑的基础上,通过锡、银、铜、铟等元素按照特定配比的相互配合,具备很好的焊接性能,焊料流动性和浸润性良好,易于焊接施工;该无铅焊料同时还能承受120℃以上的工作环境温度而不熔化,且焊接强度高,易于和电接触表面及电子元器件相结合;此外,采用本专利技术配方的合金可锻性和延展性加,易于被加工制成各种规格形状,而且导电性好,性能稳定。所述的“不可避免的杂质”是指在熔炼无铅焊料合金过程中不可避免存在的一些痕量元素,例如熔炼该合金时,加入的铜、铁等各金属元素或者过程合金如锡银合金来熔炼本专利技术的无铅焊料合金时,所采用的各金属元素的纯度最高为99.99%,必然可能存在一些非所需痕量元素,这些痕量元素在本领域称之为不可避免的杂质。一些实施方案中,锡的质量百分比优选为75-85%;同时在铟的使用量方面可以采用较少的用量,例如可以将铟的使用量减少至25%以下,例如7-25%,更可以将铟的使用量控制在15-25%。例如一些实施方式中,锡的质量百分比为75-85%,银为5%~8%,铜为0.5%~1.5%,铁为0.5~2.0%,铝为0.5~1.5%,铟为7-25%,这一配方组合得到的焊料,其液相线温度达到175℃以上,固相线温度达到135℃以上,莫式硬度1.7-2.0,焊接到玻璃上后高温耐受性进一步提高,固相线温度和液相线温度均得到进一步提高;且同时具备较高的焊接强度,与玻璃基体的电接触表面和电子元器件的连接件之间连接性能良好。本专利技术中,在以锡为基料的基础上,铟的质量百分比为3-30%,优选为7-25%。铟组分的加入可以降低合金熔点,减小焊接热膨胀系数,降低硬度,提高可加工性。本专利技术中,银的质量百分比为4.5%-10%,优选在5%-8%之间,在配方体系中使用优选用量的银,与其他组分以相应的配比相互组合,可以降低无铅焊料合金的热膨胀系数,减小应力产生,同时改善焊料和电接触表面的结合。本专利技术的一些实施方式中,加入了铁,铁的用量优选在0.5%-2%,以提高与玻璃基体上的电接触表面的亲和性,在焊料和电接触表面之间形成粘合界面,防止银析出,进一步增强焊接强度.本专利技术的一些实施方式中,加入了铝,铝的用量优选在0.5%~1.5%,铝元素和配方体系中的其他元素相结合,可以有效避免中间相合金(如Ag6Sn和Ag3Sn)的出现而导致的焊料变脆和变硬。然而铝的焊料若太多,则会造成焊料糊状的出现,降低焊料的使用性;本专利技术的一些实施方式中,加入了铜,铜的用量优选为0.5%-1.5%,在配方体系中使用优选用量的铜,与其他组分以相应的配比相本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种无铅焊料合金,其特征在于,按质量百分比计,含有锡70%~95%,银4.5%~10%,铁0~2.5%,铝0~2%,铜0.3%~2%,余量为铟和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种无铅焊料合金,其特征在于,按质量百分比计,含有锡70%~95%,银4.5%~10%,铁0~2.5%,铝0~2%,铜0.3%~2%,余量为铟和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的无铅焊料合金,其特征在于,所述锡的质量百分比为70-95%,优选为75-85%。3.根据权利要求1或2所述的无铅焊料合金,其特征在于,所述铟的质量百分比为3-30%,优选为7-25%。4.根据权利要求1-3任一项所述的无铅焊料合金,其特征在于,银的质量百分比为4.5%~10%,进一步优选为5%-8%。5.根据权利要求1-4任一项所述的无铅焊料合金,其特征在于,铜的质量百分比为0.3%~2%,进一步优选为0.5%-1.5%。6.根据权利要求1-5任一项所述的无铅...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙虎佘寿云
申请(专利权)人:上海莜玮汽车零部件有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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