一种低熔点无铅焊料合金制造技术

一种低熔点无铅焊料合金。按重量百分比计，由以下组分组成：Ｂｉ５３．０～６５．０，Ｃｕ　０．０２～０．５，Ａｇ　０．０１～０．４３，Ｎｉ　０．０１～０．４，ＲＥ　０．００１～０．６，余量为Ｓｎ。它是一种改善脆性，提高延展性和可塑性，易于制成丝状焊料，且焊点可靠性高的低熔点无铅焊料合金。应用于电子行业中热敏感元器件的焊接，以及电子元器件的分级钎焊。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低熔点的无铅焊料合金，特别是熔点低且无铅的焊料A会
技术介绍
在电子行业中，低温焊料广泛应用于电子行业中热敏感元器件的焊接， 以及电子元器件的分级钎焊(二次焊接)，也应用于电视调谐器、火警报警 器、温控元件、空调安全保护器等行业中。传统的低温钎料是以Sn、 Pb、 Bi、 Cd等金属组成的三元或四元合金， 其中Pb、 Cd都属于有害金属元素。随着科学发展和社会的进步，对电子产 品的环保性能已经提出了明确的要求和指标，在电子市场，没有通过环保 认证的电子元器件，正在逐渐被淘汰。特别是自2006年7月1日起，欧盟制 定的WEEE指令(《电气和电子产品废弃物》)和RoHS指令(《限制在电 气电子设备中使用某些有害物质》)已正式实施，该指令规定在该日期之 后必须向欧洲消费者出售不含铅的产品，这将会严重地限制和影响我国对 欧洲等地区和国家进行的信息、家电、医疗等电气和电子产品的出口。中 国于2006年2月28日颁布，2007年3月1日施行的《电子信息产品污染控制管 理办法》确定了对电子信息产品中含有的铅、汞、镉、六价铬和多溴联苯 (PBB)、多溴二苯醚(PBDE)等六种有毒有害物质的控制采用目录管理 的方式，循序渐进地推进禁止或限制其使用。自20世纪80年代以来，在替代183°CSn-Pb共晶合金的无铅软钎料方面取得了一定的进展，如Sn画Ag、 Sn-Ag隱Cu、 Sn-Zn、 Sn-Bi等无铅焊料， 但对应用于上述领域中的低熔点无铅焊料合金，Sn-Ag、 Sn-Ag-Cu、 Sn-Zn 系列的无铅焊料合金熔点太高(都在20(TC以上)，对于Sn-Bi系合金，共 晶成分为Sn-58Bi，熔点为139°C，应用前景广泛。对于Sn-Bi系低温钎料来说，在共晶成分的合金中，Bi含量较大，由于 Sn-Bi系合金的凝固特征，Bi元素会大量偏析于晶界，Bi本身的脆性，会导 致合金也变得很脆，延展性差，塑性急速下降，难以通过塑性成型工艺加 工成丝状钎料。金属Bi在凝固时会发生体积膨胀，所以金属Bi可用做"冷 涨合金"。当焊料合金在凝固时，由于大量偏析于晶界的Bi元素发生"冷 涨"的现象，引起形变而使得焊点与焊盘发生剥离的现象，导致焊点的可 靠性变差。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有低温无铅焊料合金的缺陷，提供一种改善脆 性，提高延展性和可塑性，易于制成丝状焊料，且焊点可靠性高的低熔点 无铅焊料合金。本专利技术所述的焊料合金，按重量百分比计，由以下组分组成Bi53.0 65.0， Cu0.02 0.5， Ag0.01 0,43， Ni0.01 0.4， RE0鹿 0.6，余量为Sn。 RE为混合稀土元素。由于Sn-58Bi共晶焊料合金中的Bi含量较大，Bi只能与Sn发生有限固溶，过饱和的Bi易单独存在于基体之外形成脆硬相，导致焊料合金变硬且脆性增加，焊点易剥离。本专利技术的合金在对合金的熔点和成本影响不大的前提下，添加Cu、 Ag、 Ni等合金元素。由于固溶强化的作用，导致基体晶体点阵发生畸变，形成较大的内应力，产生强化作用，且Bi更弥散地分布在基体上；同时添加的合金化元素能与Sn形成Sn-Cu、 Sn-Ag及Sn-Ni金属间化合物(IMCS)，成为了促进液态合金非均匀形核的"活化粒子"，增加了形核率，且生成的IMCs弥散地分布在晶界上，阻止晶粒进一步长大，细化了晶粒，合金的显微组织更加均匀，细腻，改善了焊料合金的塑性，提 高了焊点的可靠性。RE做为一种表面活性元素，也可促进合金凝固过程中的形核，对焊料 合金起变质均匀化的作用，使得合金组织细化、均匀，能改善焊料合金的 塑性，降低焊料合金成丝的难度。同时提高钎焊接头的时效服役强度，延 长了焊点的使用寿命。但随着RE含量的增加，会生成硬脆的稀土金属间化 合物，恶化焊料合金的性能，所以RE含量为0.001 0.6X，优选为0.001 0.5%，更进一步为0.001 0.3%。根据需要，还可加入少量Zn、 Al、 P、 Ga、 Sb、 In、 Cr、 Fe、 Mn或Co 中的一种或几种。 具体实施例方式在本专利技术合金的制备过程中，由于Sn、 Cu、 RE、 Ni的熔点差异加大， 且RE容易烧损，为了精确地控制合金成分，保证合金质量，采用了中间 合金的形式加入各种合金元素，制备方法如下Sn-Cu中间合金将99.95。/。的精Sn加入到石墨坩埚中，熔化后升温， 至适当的温度范围，加入99.95%的纯Cu。精Sn与纯Cu的质量百分比按 90:10配制，搅拌均匀，静置，浇铸成含Cu量为10。/。的Sn-Cu中间合金 锭。Sn-RE中间合金将99.95。/。的精Sn加入到石墨坩埚中，熔化后升温， 至适当的温度范围，加入高纯RE。精Sn与RE的质量百分比按97 : 3配 制，搅拌均匀，静置，浇铸成含RE量为3。/。的Sn-RE的中间合金锭。Sn-Ni中间合金将99.95。/。的精Sn加入到石墨坩埚中，熔化后升温，至适当的温度范围，加入纯Ni。精Sn与Ni的质量百分比按97:3配制， 搅拌均匀，静置，浇铸成含Ni量为3.0。/。的Sn-Ni中间合金锭。按合金成分计算称量好Sn-Cu中间合金锭、Sn-Ni中间合金锭、Sn-RE 中间合金锭，将配好的合金成分采用坩锅感应熔炼，木炭或LiCl和KCl的混 合熔盐覆盖。充分搅拌至完全熔化，静置一段时间，浇铸，得到的条状、 球状、膏状等产品形态。或熔炼完毕后，控制熔体温度在190 23(TC时浇 注成锭坯，尽量保持合金的凝固冷却速度〉10(TC/s，因为冷却速率增加， 过冷度增大，促进形核，细化晶粒，区域偏析倾向减小，很大的过冷度， 使得合金的初始结晶相的成分已接近焊料的原始成分，这样能够得到成分 均匀的组织。将锭坯在60 90。C进行热挤压或后继再拉制成O0.8 2.0mm 的丝状产品。实施例见表l。表l实施例的元素成分<table>table see original document page 6</column></row><table>注余量为Sn对上述实施例中的焊料合金，采用差示扫描量热法(DSC)的方法测 定熔点。测定金属塑性的方法，最常用的是机械性能试验方法，在试验中 可以确定两个塑性指标——延伸率和断面收缩率，延伸率表示金属在拉伸 轴方向上断裂前的最大变形量，断面收缩率反映在单向拉应力和三向拉应 力作用下的塑性指标。按照日本工业标准JIS-Z-3198中的方法，在电子万能拉伸机GP-TS2000/100KW上测试合金的延伸率和断面收縮率。试验结 果如表2所示表2实施例的熔化特征、延伸率和断面收縮率<table>table see original document page 7</column></row><table>上表中的实施例合金和对比Sn-58Bi合金是在同一条件下制备和测试 的。从表中可以看出，添加合金元素对合金的开始熔化温度(即固相线) 和熔化结束温度(即液相线)影响并不是很大，保证合金在低温条件下实 现顺利焊接。实施例合金的延伸率和断面收缩率相比于Sn-58Bi合金都得 到了很大的提高，说明添加的合金化元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低熔点无铅焊料合金，其特征是按重量百分比计，由以下组分组成：Ｂｉ５３．０～６５．０，Ｃｕ０．０２～０．５，Ａｇ０．０１～０．４３，Ｎｉ０．０１～０．４，ＲＥ０．００１～０．６，余量为Ｓｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇航，赵四勇，戴贤斌，蔡志红，韩振峰，
申请(专利权)人：广州有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]