锌基合金耐腐蚀无铅焊料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料及其制备方法，按质量百分比计，该无铅焊料包括Sn 28

【技术实现步骤摘要】
锌基合金耐腐蚀无铅焊料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种焊接材料及其制备方法，尤其涉及一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高温焊料常用于半导体芯片和电力半导体器件的引线框架之间连接，由于特殊的高温环境，对焊接质量和可靠性有较高的要求。传统的高温焊料中含有大量的Pb(铅)，如Pb
‑
Sn焊料，由于Pb自身的难降解性和有毒性，对环境的破坏较严重。
[0003]目前，现有技术中常用的高温无铅焊料体包括：贵金属基铅料、Bi基铅料、Zn基铅料等，其中，贵金属基铅料如Au(金)基钎料存在加工性能差和经济成本太高等缺点，Bi(铋)基钎料中存在的脆性Bi相使得该体系的钎料合金的导热率和抗腐蚀性能较差。相较而言，Zn(锌)基钎料合金具有优越的力学性能、高温下抗氧化性能以及低廉的成本价格，使得Zn基合金钎料可以进行大规模开发使用。常见的Zn基合金有Zn
‑
Al、Zn
‑
Mg和Zn
‑
Sn，虽然Zn
‑
Sn合金有着优良的电性能及耐高温、高湿氧化性和较好的延展率，但由于Zn具有较高的活性，很容易被腐蚀，在复杂的使用条件下会导致焊点腐蚀敏感性升高，限制了其广泛的运用。
[0004]中国专利技术专利CN200610161421.8公开了一种无铅焊料，该无铅焊料包括下列重量百分比的原料：锡69.5
‑
71％、锑0.6
‑
1.5％、铜0.03
‑
0.08％和余量的锌。该无铅焊料用锑、铜、锌等金属与锡通过熔化混合制成金属组合物，作为电子组合件的焊料。该无铅焊料的熔点较低，约为177
‑
218℃，属于低温焊料，无法应用于高温环境。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料，具有良好的耐腐蚀性能，且熔点与传统高温高铅焊料的熔点接近，能取代传统高温高铅焊料，减少铅元素对环境的污染。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料的制备方法，能在保持锌基焊料耐高温、高湿氧化性及良好延展率的基础上优化锌基焊料的耐腐蚀性能，使焊料能广泛应用于恶劣工况中。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料，按质量百分比计，包括Sn 28
‑
32wt％、Cu1.8
‑
2.2wt％、Sm 0
‑
1wt％和余量的Zn。
[0009]所述的锌基合金耐腐蚀无铅焊料中，按质量百分比计，Sn的含量为30wt％，Cu的含量为2wt％，Sm的含量为0.5wt％，Zn的含量为67.5wt％。
[0010]一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：按照质量比称取纯金属物料，包括：28
‑
32wt％的纯金属Sn、1.8
‑
2.2wt％的纯金属Cu、0
‑
1wt％的纯金属Sm和余量的纯金属Zn；
[0012]步骤2：在步骤1称取的纯金属物料中，取全部纯金属Sm和部分纯金属Cu混合均匀
并熔炼制备成CuSm中间合金；
[0013]步骤3：将剩余的纯金属物料与步骤2中制备的CuSm中间合金进行熔炼；
[0014]步骤4：将步骤3中熔炼的合金浇筑在模具中空冷冷却、凝固，得到锌基合金耐腐蚀无铅焊料。
[0015]在所述的步骤2中，用于熔炼的纯金属Cu和纯金属Sm的质量百分比为Cu：Sm＝1：(1.5
‑
2)。
[0016]所述的步骤2中，称取的纯金属Cu和纯金属Sm在真空度为1
‑
10Torr的真空熔炼设备中熔炼，熔炼电流为13
‑
15A，熔炼时间为20min。
[0017]所述的步骤3中，剩余的纯金属物料与CuSm中间合金在通入保护气气氛的电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为650
‑
670℃，熔炼时间为3
‑
4h，并在熔炼过程中进行间歇式搅拌和除渣。
[0018]所述的保护气为氮气。
[0019]所述的熔炼过程中搅拌的间隔时间为20min，使熔炼过程中各金属成分分布均匀。
[0020]所述的步骤4中，模具由Al2O3材质制成，且模具预热至250℃。
[0021]所述的步骤4中，锌基合金耐腐蚀无铅焊料的腐蚀电流为4.108～12.059uA/cm2，腐蚀电位为
‑
1.06～
‑
1.037V，总阻抗为864.4～2607.8Ω
·
cm2，熔点为345～378℃。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0023]1、本专利技术由于采用了以锌为基体的焊料，锌基合金耐腐蚀无铅焊料的熔点与现有Pb
‑
5Sn等高铅焊料的熔点接近，能在高温环境下作为高铅焊料的替代品，减少难降解和有毒性铅元素对环境和人体的不良影响。
[0024]2、本专利技术的制备方法先采用了真空快速熔炼CuSm中间合金，再在氮气保护气氛围中熔炼锌基合金，制备得到锌基合金耐腐蚀无铅焊料，能有效降低电阻炉的熔炼所需温度，同时在熔炼的过程中进行搅拌和除渣，确保各元素在合金中的均匀分布，不易夹杂，避免了合金劣化和氧化等情况的发生。
[0025]3、本专利技术的锌基合金耐腐蚀无铅焊料具的腐蚀电流能降至4.108uA/cm2，且总阻抗能达到2607.8Ω
·
cm2，具有优越的耐腐蚀性能，可广泛应用于各种恶劣工况中，焊料熔点为345
‑
374℃，属于高温焊料，能适用于高温环境中。
[0026]本专利技术制备的锌基合金无铅焊料的腐蚀电流能降至4.108uA/cm2，且总阻抗能达到2607.8Ω
·
cm2，大大优化了锌基合金无铅焊料的耐腐蚀性能，使锌基合金无铅焊料能具有更稳定的性能，从而能更广泛的应用于各种工况下；同时，本专利技术制备的锌基合金无铅焊料的熔点高，能在高温环境下取代现有高铅焊料，提高焊料使用时的环保性能。
附图说明
[0027]图1是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例1的金相图；
[0028]图2是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例2的金相图；
[0029]图3是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例3的金相图；
[0030]图4是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例4的金相图；
[0031]图5是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例5的金相图；
[0032]图6是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例1的极化曲线图；
[0033]图7是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例2的极化曲线图；
[0034]图8是本专利技术锌基合金耐腐蚀无铅焊料的实施例3的极化曲线图；
[0035]图9是本专利技术锌基合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌基合金耐腐蚀无铅焊料，其特征是：按质量百分比计，包括Sn 28
‑
32wt％、Cu 1.8
‑
2.2wt％、Sm 0
‑
1wt％和余量的Zn。2.根据权利要求1所述的锌基合金耐腐蚀无铅焊料，其特征是：所述的锌基合金耐腐蚀无铅焊料中，按质量百分比计，Sn的含量为30wt％，Cu的含量为2wt％，Sm的含量为0.5wt％，Zn的含量为67.5wt％。3.一种权利要求1所述的锌基合金耐腐蚀无铅焊料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：按照质量比称取纯金属物料，包括：28
‑
32wt％的纯金属Sn、1.8
‑
2.2wt％的纯金属Cu、0
‑
1wt％的纯金属Sm和余量的纯金属Zn；步骤2：在步骤1称取的纯金属物料中，取全部纯金属Sm和部分纯金属Cu混合均匀并熔炼制备成CuSm中间合金；步骤3：将剩余的纯金属物料与步骤2中制备的CuSm中间合金进行熔炼；步骤4：将步骤3中熔炼的合金浇筑在模具中空冷冷却、凝固，得到锌基合金耐腐蚀无铅焊料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：在所述的步骤2中，用于熔炼的纯金属Cu和纯金属Sm的质量百分比为Cu：Sm＝1：(1.5
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小武，张华金，罗春根，
申请(专利权)人：上海众上科技有限公司，
类型：发明
国别省市：