高冲击韧性的焊料合金制造技术

本发明专利技术涉及高冲击韧性的焊料合金，优选无铅焊料合金，其包含：从35到59wt％Bi；从0到.0wt％Ag；从0到1.0wt％Au；从0到1.0wt％Cr；从0到2.0wt％In；从0到1.0wt％P；从0到1.0wt％Sb；从0到1.0wt％Sc；从0到1.0wt％Y；从0到1.0wt％Zn；从0到1.0wt％稀土元素；以下各项的一种或多种：10从大于0到1.0wt％Al；从0.01到1.0wt％Ce；从大于0到1.0wt％Co；从大于0到1.0wt％Cu；从0.001到1.0wt％Ge；从大于0到.0wt％Mg；从大于0到1.0wt％Mn；从0.01到1.0wt％Ni；和从大于0到1.0wt％Ti，且1余量为Sn，连同任何不可避免的杂质一起。

Solder alloys with high impact toughness

【技术实现步骤摘要】
高冲击韧性的焊料合金本申请是申请日为2012年8月2日的题为“高冲击韧性的焊料合金”的中国专利申请号201280045467.7的分案申请。
本专利技术涉及合金，具体地涉及无铅焊料合金。
技术介绍
许多无铅焊料合金是已知的，它们为最广泛使用的焊料合金-共晶37％Pb-63％Sn合金提供无毒替代品。这样的无铅合金的实例包括二元共晶58％Bi-42％Sn合金(参见，例如，美国5,569,433B)和二元40％Bi-60％Sn合金(参见，例如，美国6,574,/411A)。这类合金在高应变率(strainrate)下表现出延展性损失，这可通过加入按重量计达1％的银来改进(参见，例如，美国5,569,433B)。然而，这些合金表现出的冲击能量(使用单梁式冲击试验(CharpyImpactTest)测量的)相对较低。因此，有必要开发表现出改进的冲击韧性的无铅焊料合金。此外，为了在焊接方法例如波峰(wave)焊和回流焊中使用这样的无铅合金，该合金必须表现出与各种基底材料，例如铜、镍和镍磷(“非电镀镍”)良好的可湿性。例如，这样的基底可通过使用锡合金、银、金或有机涂料(OSP)进行涂覆来改进润湿性。良好的润湿性还提高了熔融焊料流入毛细间隙，并爬上印制线路板(printedwiringboard)中电镀通孔(through-platedhole)壁的能力，从而实现良好的孔填充。
技术实现思路
本专利技术旨在解决至少一些与现有技术有关的问题，或提供其商业上可接受的替代品。在第一个方面，本专利技术提供合金，优选无铅焊料合金，包括：从35到59wt％Bi；从0到1.0wt％Ag；从0到1.0wt％Au；从0到1.0wt％Cr；从0到2.0wt％In；从0到1.0wt％P；从0到1.0wt％Sb；从0到1.0wt％Sc；从0到1.0wt％Y；从0到1.0wt％Zn；从0到1.0wt％稀土元素；以下各项的一种或多种：从大于0到1.0wt％Al；从0.01到1.0wt％Ce；从大于0到1.0wt％Co；从大于0到1.0wt％Cu；从0.001到1.0wt％Ge；从大于0到1.0wt％Mg；从大于0到1.0wt％Mn；从0.01到1.0wt％Ni；和从大于0到1.0wt％Ti，且余量为Sn，连同任何不可避免的杂质一起。令人惊讶地，已经发现，少量的一种或多种的Ce、Ni和Ge的掺入导致相比于相应的Sn-Bi类合金或，如果该合金包含Ag，相应的Sn-Bi-Ag类合金，该合金表现出增加的冲击能量。这表明改进了合金的强度和延展性。通过这些元素的掺入提供给合金的进一步优点包括改进的可湿性、提高的导热率、提高的屈服强度和提高的抗拉强度。此外，Ni的存在导致Cu溶解速率降低，改善了热疲劳性能、增加了老化稳定性(特别是当与Cu结合时)和合金微观结构的精细化。Ge的存在降低了氧化作用且，当作为焊料合金使用时，导致光泽的接头。Al和/或Mg的存在可提高合金的抗氧化性并提高润湿性。Co的存在导致更高的韧性、更低的铜溶解度、更高的抗拉强度和更精细的微观结构(特别是当与Cu结合时)。当作为焊料合金使用时，Co的存在导致光泽的接头以及更低水平的在焊料开口罐的顶部形成的浮渣。合金中Cu的存在增加了延展性，降低了铜浸出的发生并提高了热疲劳耐受性。这些由Cu的存在引起的性能在缺乏Ag时是特别明显的。尤其是，在SnBiAg类合金中用Cu取代Ag导致了显著降低的铜溶解度、显著改进的机械性能(特别是当与Co组合时)、显著改进的跌落冲击耐受性(dropshockresistance)(特别是当与Ni结合时)和显著改进的蠕变断裂耐受性(creepruptureresistance)。Mn和/或Ti的存在导致该合金改进的跌落冲击性能。Ti的存在导致增加的热传导率和增加的热疲劳寿命。定义：本文使用的术语“焊料合金”是指具有在从90-400℃范围内的熔点的可熔金属合金。本文提及的“单梁式冲击试验”，也称为单梁式V型缺口试验(Charpyv-notchtest)，是一种标准化的高应变率试验，其确定在断裂过程中材料吸收的能量的量。该吸收的能量是给定材料韧性的量度，并作为研究依赖温度的脆性-韧性转变的工具。关于该测验的更多细节可在CharpyImpactTest:FactorsandVariables,J.M.Holt,ASTMSTP1072中找到，其内容以参考的方式并入本文。本文使用的术语“可湿性”是指焊料在可湿表面上扩散的程度。可湿性是由液态焊料的表面张力及其与可湿表面反应的能力来确定的。润湿性，还可以用在基板上熔融的并且随后凝固的焊料合金的接触角来描述，其中较低的接触角比较高的接触角更有利。本文使用的术语“波峰焊接”是指大规模的焊接方法，通过这种方法将电子元件焊接到印制电路板(PCB)上以形成电气组装物。本文使用的术语“回流焊接”是指这样的方法，其中印刷或分配焊料膏，或在印刷电路板的表面上放置焊料预型件(solderperform)，将组件放置在沉积焊料中或其附近，以及将组装物加热至焊料合金的液相线以上的温度。本文使用的术语“稀土元素”是指选自以下的元素：Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。现在将进一步描述本专利技术。在以下段落中，本专利技术的不同方面被更详细地定义。如此定义的每个方面可与任何其他一个或多个方面结合，除非明确指示相反。特别地，指示为优选或有利的任何特征可与指示为优选或有利的任何其他一个或多个特征相结合。该合金可包含从35到55wt％Bi，优选从35到50wt％Bi，更优选从35到45wt％Bi且甚至更优选约40wt％Bi。有利地，这样的Bi含量导致与具有较高水平Bi的合金相比，该合金表现出增加的延展性。可替代地，该合金可包含从57到59wt％Bi，优选约58wt％Bi。有利地，与含有较低水平Bi的合金相比，这样的Bi含量降低了合金的熔点。优选地该合金包含从0.01到0.5wt％Ce，更优选地从0.05到0.1wt％Ce。优选地该合金包含从0.01到0.5wt％Ni，更优选地从0.025到0.1wt％Ni，甚至更优选地从0.025到0.05wt％Ni，最优选地约0.03wt％Ni。优选地该合金包含从0.001到0.1wt％Ge，更优选地从0.001到0.01wt％Ge。优选地该合金包含从0.01到0.8wt％Ag，更优选地从0.3到0.7wt％Ag，甚至更优选地从0.4到0.6wt％Ag，还甚至更优选地约0.5wt％Ag。Ag的存在增加了合金的延展性，并且还减少了表面氧化作用。优选地，该合金包含以下各项的一种或多种：从0到0.7wt％Al，更优选地从0.003到0.6wt％Al，甚至更优选地从0.003到0.5wt％Al；从0.001到1.0wt％Au，更优选地从0.003到0.7wt％Au，甚至更优选地从0.005到0.5wt％Au；从0到0.5wt％Co，更优选地从0.003到0.5wt％Co，甚至更优选地从0.01到0.07wt％Co，还甚至更优选地从0.02到0.04wt％Co，还甚至更优选地约0.03wt％Co；从0.001到1.0wt％Cr，更优选地从0.003到0.7wt％Cr，甚至更优选地从0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅焊料合金，由以下各项组成：从35到59wt％Bi，从0.05到1.0wt％Cu，从0.01到0.5wt％Co和从0.01到0.5wt％Ni两者之一，可选地以下各项的一种或多种：从0到1.0wt％Ag，从0到1.0wt％Sb，且余量为Sn，连同任何不可避免的杂质一起。

【技术特征摘要】
2011.08.02 US 61/514,3031.一种无铅焊料合金，由以下各项组成：从35到59wt％Bi，从0.05到1.0wt％Cu，从0.01到0.5wt％Co和从0.01到0.5wt％Ni两者之一，可选地以下各项的一种或多种：从0到1.0wt％Ag，从0到1.0wt％Sb，且余量为Sn，连同任何不可避免的杂质一起。2.根据权利要求1所述的合金，包含从0.01到0.07wt％Co。3.根据权利要求1所述的合...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰吉特·潘德赫尔，巴瓦·辛格，秀丽·萨卡尔，苏亚塔·舍居迪，阿尼尔·K·N·库马尔，卡玛尼奥·查托帕迪亚伊，多米尼克·洛奇，摩根娜·德阿维拉里巴斯，
申请(专利权)人：阿尔法金属公司，
类型：发明
国别省市：美国,US