一种含Ga和Nd的Sn-Ag-Cu无铅钎料制造技术

本发明专利技术公开了一种含Ga和Nd的Sn‑Ag‑Cu无铅钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。所述的Sn‑Ag‑Cu无铅钎料按质量百分数计包括0.1～0.35％的Ag，0.1～1.0％的Cu，0.125～0.5％的Ga，0.025～0.1％的Nd，0.002～0.006％的Zr，0.001～0.003％的Te，余量为Sn，其中Ga与Nd的质量比为5︰1，Zr与Te的质量比为Zr︰Te＝2︰1。本发明专利技术的钎料具有良好的润湿性能，能有效地抑制钎焊接头锡须的生长，大大地提高了钎焊接头的可靠性，可用于电子行业元器件的再流焊(回流焊)并能兼顾用于波峰焊。

【技术实现步骤摘要】
一种含Ga和Nd的Sn-Ag-Cu无铅钎料
本专利技术涉及一种含Ga和Nd的Sn-Ag-Cu无铅钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。
技术介绍
目前具有代表性的无铅钎料有Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Cu-Ni等合金系，各有所长，但是和锡铅钎料相比，在钎料成本和钎料熔点方面等仍有一定的差距。Sn-Zn系钎料熔点、原材料成本均低于Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Cu-Ni系钎料，特别是Sn-Zn钎料熔点非常接近锡铅钎料，但是由于Sn-Zn系钎料润湿性能较差，因此目前还难以应用于工业化生产。近年来国内外在Sn-Ag-Cu基础上开发出了“含Pr、Zr、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料”(中国专利申请，CN101579789A)、“含Nd、Li、As、In的Sn-Ag-Cu无铅钎料”(中国专利申请，CN101579790A)、“含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu无铅钎料”(中国专利申请，CN101537546A)以及“含Nd、Ni、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料”(中国专利申请，CN101537547A)等多种“多元合金体系”的Sn-Ag-Cu钎料，它们与三元Sn-Ag-Cu合金相比在许多性能上有所改善，但是它们均有一个明显的“弱点”，即它们的银含量均在0.5％～4.5％，无论与Sn-Cu、Sn-Cu-Ni以及Sn-Zn钎料相比，还是与传统的Sn-Pb钎料相比，原材料成本均高出许多。由于白银是世界性“紧缺性”贵金属，除了自身价格高以外，其价格波动也很大，因此，研究低银乃至超低银的Sn-Ag-Cu无铅钎料以满足低成本、高品质制造的需要是近年来的“热点课题”。虽然“含Nd和Ga的Sn-Ag-Cu无铅钎料”将Ag含量降低至0.01～0.5％范围，但是，其中稀有元素Ga的含量0.003～1.5％仍显偏高，且当稀土元素Nd达到0.001～0.5％的上限0.5％时，钎焊接头易产生对电子产品影响巨大的隐患——锡须。据国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心张素敏2017年7月发表在《技术与市场》上的“Sn-Ag-Cu无铅焊料专利技术综述”一文报道，近年来中国在Sn-Ag-Cu无铅焊料这方面的研究比较少，因此，急需研发高性能、低成本、无锡须产生、高可靠性的Sn-Ag-Cu无铅钎料，以满足电子行业高速发展的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有助于节约稀、贵金属资源、具有优异的润湿性能以及钎缝力学性能，适用于电子行业的诸如再流焊(回流焊)并能兼顾用于波峰焊、满足RoHS指令要求的高性能、低成本、无锡须产生、高可靠性的含Ga和Nd的Sn-Ag-Cu无铅钎料。实现本专利技术的目的的技术方案如下：含Ga和Nd的的Sn-Ag-Cu无铅钎料，按质量百分数计包括：0.1～0.35％的Ag，0.1～1.0％的Cu，0.125～0.5％的Ga，0.025～0.1％的Nd，0.002～0.006％的Zr，0.001～0.003％的Te，余量为Sn，其中Ga与Nd的质量比为5︰1，Zr与Te的质量比为2︰1。本专利技术的钎料中银的质量百分含量仅为0.01～0.35％，相对于已有技术显著减少，因而可节约属于战略资源的贵金属银；由于在Ga与Nd之间找到了合理添加量的平衡点，因此不仅可以将银含量降至超低程度，而且可改善钎料的润显性能，能有效地抑制钎缝界面金属间化合物厚度的增长并能有效地抑制钎焊接头锡须的生长，因而能够大大地提高钎焊接头的“可靠性”；在Zr与Te之间找到了合理添加量的平衡点，可以显著提高钎缝抗剪强度。配合市售的水溶性助焊剂(即中等活性钎剂，RMA钎剂)，钎缝力学性能可达到85MPa±5MPa(抗剪强度)，从而可适用于电子行业的诸如波峰焊、再流焊以及手工焊接；Pb元素作为锡锭、电解铜等原材料中的“杂质元素”，总量控制在Pb≤0.07wt.％范围内，以满足符合中华人民共和国国家标准GB/T20422-2018《无铅钎料》的规定(标准中规定Pb≤0.07wt.％)。附图说明图1为实施例3配合市售的免清洗助焊剂(GW9810A-6A助焊剂)并且在不同试验条件下当Ga与Nd的质量比为5比1时不同含量的Nd对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿时间的影响的示意图。图2为实施例3配合市售的水溶性助焊剂(FLUX3355-11水溶性有机酸助焊剂)并且在不同试验条件下当Ga与Nd的质量比为5比1时对Sn-0.3Ag-0.7Cu无铅钎料润湿时间的影响的示意图。图3为Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd组织显微组织图(放大300倍)。图4为Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd/Cu界面在150℃条件下时效6个月的界面组织形貌图(放大1000倍)。图5为Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.5Ga-0.1Nd/Cu界面在150℃条件下时效6个月的界面组织形貌图(放大2000倍)。具体实施方式本专利技术的钎料采用常规方法制备，即使用市售的锡锭、银板、阴极铜、金属镓、金属钕、锆铜合金、碲铜合金，各种元素原料按需要配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护进行冶炼、浇铸，可得到棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材(也可加入助焊剂，制成“药芯焊丝”)。铅(即Pb)元素作为锡锭、阴极铜等原材料中的“杂质元素”，总量(质量百分数)控制在Pb≤0.07wt.％范围内，以满足符合中华人民共和国国家标准GB/T20422-2018《无铅钎料》的规定(标准中规定Pb≤0.07wt.％)。考虑到金属钕熔点高且极易氧化，根据生产需要也可将金属钕预先冶炼成中间合金，以Sn-Nd的形式加入，以保证钕在钎料中成分的准确性；选用GB/T5231-2012《加工铜及铜合金牌号和化学成份》中牌号为TZr0.4的锆铜、TTe0.5碲铜作为原材料，添加锆与碲。参见图1，该图揭示了配合市售免清洗助焊剂(GW9810A-6A助焊剂)在不同试验温度条件下，并且在Zr与Te的质量比满足Zr︰Te＝2︰1、Ga含量与Nd含量保持Ga︰Nd＝5︰1的前提条件下，不同含量的Nd对Sn0.3Ag0.7Cu无铅钎料润湿时间的影响。参见图2，该图揭示了配合市售水溶性助焊剂(FLUX3355-11水溶性有机酸助焊剂)在不同试验温度条件下，在Zr与Te的质量比满足Zr︰Te＝2︰1、Ga含量与Nd含量保持Ga︰Nd＝5︰1的前提条件下，不同含量的Nd对Sn0.3Ag0.7Cu无铅钎料润湿时间的影响。与以往研究相比，本专利技术的创造性在于：1)发现了Zr与Te之间的“合理添加”可以显著改善低银(本说明书特指银含量小于等于0.35wt.％)Sn-Ag-Cu无铅钎料的力学性能，对钎料的润湿性能没有负面影响，在同时添加Ga与Nd元素时，能有效地抑制钎缝界面金属间化合物厚度的增长并能有效地抑制钎焊接头锡须的生长，能够大大地提高钎焊接头的“可靠性”，并适用于电子行业再流焊(回流焊)，兼顾用于波峰焊等焊接方法的新型Sn-Ag-Cu无铅钎料。当同时添加Ga与Nd元素，当Ga与Nd的添加量在“某一特定范围”时，低银Sn-Ag-Cu无铅钎料具有与高银Sn2.5Ag0.7Cu无铅钎料相当的润湿性能。由于银含量从2.5％降低至0.35％后，液相线温度从Sn2.5Ag0.7Cu的220本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含Ga和Nd的Sn‑Ag‑Cu无铅钎料，其特征在于，按质量百分数计包括：0.1～0.35％的Ag，0.1～1.0％的Cu，0.125～0.5％的Ga，0.025～0.1％的Nd，0.002～0.006％的Zr，0.001～0.003％的Te，余量为Sn，其中Ga与Nd的质量比为5︰1，Zr与Te的质量比为2︰1。

【技术特征摘要】
1.含Ga和Nd的Sn-Ag-Cu无铅钎料，其特征在于，按质量百分数计包括：0.1～0.35％的Ag，0.1～1.0％的Cu，0.125～0.5％的Ga，0....

【专利技术属性】
技术研发人员：薛鹏，梁伟良，王克鸿，裴夤崟，孙华为，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32