通用无铅焊料制造技术

本发明专利技术透露了一种用于焊接一般电子组件的通用无铅焊料。该通用无铅焊料具有的组成包含：３．１－７％的Ａｇ、６－３０％的Ｂｉ、以及其余为Ｓｎ。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于焊接电子部件的通用无铅焊料，并特别涉及Sn-Ag-Bi无铅焊料。一般而言，每一种焊料具有适合其使用场合的独特性质。通常的焊料中，熔化温度和凝固温度的范围是重要的。即，用于特定用途所选的焊料应具有较低的熔化温度，其低的程度应不会引起邻近的温度敏感部件的损坏。而且，在焊接完成之后，被焊接的材料必须具有高的熔化温度范围，使得连接的状态将是温度稳定的。而且，焊料一般是由发生易熔反应的组成体系构成的。因而，如果焊料具有不同于相关易熔组成的特殊组成，则穿过焊接后开始凝固的液态线而使得液相和固相共存，并且然后到达凝固完成的固态线，这就是该特定组成的凝固温度范围。如果凝固温度范围大，则凝固时间长，并可能出现收缩现象。因而重要的是焊接组成应具有尽可能小的凝固温度范围。具有小的凝固温度范围的焊料是有利于在连续焊接过程中分步式焊接的。具有上述性质的传统的焊料之一是Sn-Pb系列合金。这种焊接合金的各种力学和物理性质是优越的，因而广泛用于诸如管道和热交换器结构，以及一般的电子部件中。然而，铅是不分解的金属，并且如果铅一旦被人体摄取，它不能被排出而是在人体中聚集。例如，美国疾病预防中心报告，血液中的铅浓度如果超过10μg/dl，则将是致命的。特别，铅的聚集引起儿童智力的减退，并且铅的废料污染土壤。特别地，传统的诸如50Sn-50Pb和70Sn-30Pb的焊料可用于广泛的温度范围，构成强力机械连接部分，并用来焊接铜件。然而发现铅溶解到水中对人体健康在长时期构成有害影响。于是对于在焊接输送饮用水的管道中使用铅已开始作出规定。作为使用铅和含铅化合物的规定的例子，在美国于1978年完全禁止在消费者漆中使用铅，并且美国环保局(EPA)在有毒物质控制条例(TSCA)中颁布了一个规定有责任回收含铅物料。而且，美国众议院提出为了形成Pb-清除基金，征收100-200％的税(HR2479)。进而，参议院形成铅暴露法令(S-729)，提出对于工业铅的使用作出完整的规定。又美国职业安全与健康局(OHSA)为了规定空气和工作中可忍受的铅含量确定了标准。这个规定声称雇佣的人员在铅中暴露应该为低于高铅浓度气氛的下限。于是在美国，铅的使用，特别是50Sn-50Pb的使用对于管线的连接是被禁止的，并且含铅焊料的的使用在有关饮水的场合是被禁止的。而且使用含铅焊料对于管线连接以外的用途也是被禁止的。这种趋势在国内的场合也是类似的。由于出现了禁止用焊接铅的规定，从而开始研制无铅焊料。美国专利1,778,733提出由Sn-Ag(0.05-3％)-Cu(0.7-6％)组成的无铅焊料。进而美国专利4,929,423提出由Sn-Bi(0.08-20％)-Ag(0.01-1.5％)-Cu(0.02-1.5％)-P(0.01％)-稀土元素的混合物组成的无铅焊料。此外，美国专利499,452A1提出其组成为87-97％的Sn、0.1-3％的Ag、以及3-7％的Bi的无铅焊料。进而，日本公开专利平5-228685号提出了一种无铅焊料，包含92-95.8％的Sn、3-5％的Ag、1.2-3％的Bi。然而上述的无铅焊料是高熔化温度的焊料，因而不能用于焊接电子组件，而是用于特定用途的。为了解决上述传统技术的缺点。本专利技术者们进行了反复的实验和研究，并基于这些实验和研究提出本专利技术。于是本专利技术的目的是提供一种适用于焊接电子组件的通用的无铅焊料，其中Sn-Ag-Bi的无铅焊料的组成被适当地控制，使得其机械强度优于传统的Sn-40Pb焊料。为达到以上目的，通用无铅焊料的组成包括3.1-7％的Ag、6-30％的Bi、以及其余为Sn。本专利技术的以上的目的和优点通过参照附图对本专利技术较佳实施例的详述将变得更为明显，这些附图是附图说明图1是一曲线图，表示根据本专利技术的通用无铅焊料的可焊接性；以及图2是一曲线图，表示传统的焊料和根据本专利技术的焊料的力学性质。首先，考虑到焊料的低熔化温度，通用无铅焊料中的Ag的含量可保持在3％，但是实际上Ag的添加量在3.1％或更多以便改进热疲劳特性。可是如果Ag的含量过高，则焊料的熔化温度升高，因而Ag的含量最好应限制在7％或更少。当Bi组份添加到Sn-Ag合金体系中，例如添加到Sn-3％Ag合金体系(熔化温度221℃)，则组份Bi降低了熔化温度并改进了浸润性。可是如果Bi的添加少于6％，则其作用不充分。如果其添加在30％或更多，则熔化温度降低，并且改进了浸润性，但是焊料本身变得易碎，并且熔化温度范围变宽。如上述组成的本专利技术的通用无铅焊料可按通常的方法通过秤重金属原料，在坩埚或熔锅中熔化并搅拌而在空气中制造。在这样的条件下，如果在空气中进行熔化，杂质、非金属物以及合金金属可能与空气发生反应而形成在焊接合金中的可溶性气体，诸如可溶性氮或可溶性氧。从而相对于基材料的浸润性降低以致降低可焊接性，或在焊接连接中形成孔隙。其结果，导热性、热疲劳性和产品的可靠性会恶化。因而，为了把在空气中熔化时所形成的杂质或非金属物以及可溶性气体减少到最少，并为了改进可焊接性、热疲劳性和产品的可靠性，金属原料在真空中或在惰性气体的气氛中熔化，于是在金属原料中，特别是要禁止Bi的氧化，以便减少废渣的形成。按上述方法制造的本专利技术的通用无铅焊料可以具有各种形状，诸如铸锭、矩形、圆形等。而且，也可制成各种大小的圆球形颗粒粉。在粉末的情形下，粉末可与适当的焊剂混合形成焊料糊。这样制造的本专利技术的通用无铅焊料不仅具有适用于焊接一般电子部件的熔化温度，而且具有窄的凝固温度范围，因而有利于分步式自动焊接。而且与传统的Sn-Pb焊料相比具有改进的机械强度。现基于实例说明本发，但是本专利技术的范围将不限于这些特别的例子。例子1<专利技术例子1>金属组份Sn，Ag与Bi按下表1所示的组成秤重。使用真空感应炉在超过10-3乇的真空中熔化组合物进行铸造。对于这样制造的合金测量其凝固过程的固态线温度和液态线温度，其测量结果示于以下表1中。<表1>Sn AgBi固态线温度液态线温度90％ 3.9％ 6.1％200℃220℃如表1中所示，对于本专利技术例子1，液态线温度为220℃，固态线温度为200℃，而凝固范围是20℃。于是显然该材料适于作为通用的无铅焊料。<专利技术例子2>具有如下表2中所示的组成的金属原料用感应炉在空气中熔化，并进行铸造。对于铸造后的铸造合金，测量固态线温度，液态线温度和凝固温度范围，其测量结果示于以下表2中。<表2>SnAgBi固态线温度 液态线温度90％ 3.1％ 6.9％195℃ 218℃如以上表2中所示，本专利技术的材料2具有特性为液态线温度为218℃，固态线温度为195℃，而凝固温度范围是23℃。于是，该材料极为适于作为通用的无铅焊料。<专利技术例子3>具有如以下表3中所示的组成的无铅焊接材料用真空感应炉在惰性气体(N2)的气氛中熔化，该惰性气体的气氛保持在250-300m bar(毫巴)的气压。然后进行铸造，并对于铸造的合金，测量其固态线温度和液态线温度，测量结果示于以下表3中。<表3>SnAgBi固态线温度 液态线温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用无铅焊料，它包括的组成含有：３．１－７％的Ａｇ，６－３０％的Ｂｉ，以及其余为Ｓｎ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠植，金美延，李道宰，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]