一种高温低溶铜率无铅焊料制造技术

本发明专利技术公开了一种高温低溶铜率无铅焊料，该无铅焊料以Ｓｎ为基体，还包括以下重量百分数含量的成分：３．５－８ｗｔ％Ｃｕ、２－６ｗｔ％Ｂｉ、１－３ｗｔ％Ｓｂ、０．００５－０．１ｗｔ％Ｐ、０．００８－０．２ｗｔ％Ｇａ。本发明专利技术提供的无铅焊料具有以下技术效果：（１）在焊接温度高达４００～４８０℃的情况下，仍具有极低的Ｃｕ溶解速度，使得在实施漆包线自熔漆搪锡过程中，具有很低的熔铜率，因此在电子元器件生产采用自熔漆搪锡工艺时，在４００～４８０℃的高温下进行浸焊，不会造成漆包线导线被熔断，而且能够获得一层结合牢固、表面光滑的焊层以及结实的焊点；（２）在４００－４８０℃工作温度下，保持了作业过程中高温液态焊料表面无锡渣或极少量锡渣产生，降低了焊料中Ｓｎ的损耗；（３）不含贵金属成分，大大降低成本，能够带来诱人的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无铅焊料，尤其是涉及一种高温低溶铜率无铅焊料。
技术介绍
在电子领域的无铅化以来，世界各国针对各种工艺技术要求，推出各种各样的无 铅焊料，如波峰焊料，表面贴装无铅锡膏，以及高低温浸焊用的低出渣量、低溶铜率、表面光 亮细腻的焊料等。虽然有大量焊料成分合金，但目前依然存在的主要问题是焊接困难，尤其 在高焊接温度下，更是困难。目前对漆包线导线脱漆处理，普遍采用自熔漆搪锡工艺(而以往对导线漆皮采用 机械剥除或药物溶解等法再焊接)，因此如何确保在高温熔漆时不使铜线被熔断，特别对细 线径的漆包线，这就涉及到焊料组成的技术。研究铜的溶解机理，以及选择合适的金属元素 以抑制铜溶解速率是多年来金属材料工作者的努力方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高温低溶铜率无铅焊料。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种高温低溶铜率无铅焊料，其特征在于，该无铅焊料以Sn为基体，还包括以下 重量百分数含量的成分3. 5-8wt% Cu,2-6wt% Bi,l-3wt% Sb。下面对本专利技术所添加的元素作进一步的说明当焊料的溶入Cu量太高时，它会使焊料流动性变低，从而使焊接质量差，出现了 大量的焊接缺陷，如搭桥，锡瘤，锡刺，凹坑等。为降低溶铜率，在焊料中加入Cu是一般抗溶 铜焊料首先考虑的重要方面，经实践证明，Cu在焊料中含量与导线往焊料中的溶铜速率有 着极大的关系。焊料中的Cu含量越大，焊料对Cu的溶解速率越小。而实际上影响Cu在液 态焊料中的溶解的因素有三个，即Cu导线的浸入时间，液态焊料温度高低以及焊料中铜的 含量大小。但是这里所述的浸入时间长短、液态焊料温度高低是工艺要求所决定的，不能随 意更改，那只有对焊料中预先含Cu量的多少进行选择。根据Dybkoviso提出的Cu-Sn合金 中铜溶入液态焊料的溶解速率公式— = ^-(Cs-C) dt Kdc式中溶解速率了；atK-溶解常数V-液态焊料体积；S-接触面积；Cs-在焊接温度下，铜在液态焊料的溶解度；C-焊料的含铜量。由上式可知当C越大时，(Cs-C)的值就越小，从而可以抑制Cu的溶解度。可见，在焊料合金中可以用增多添加Cu来控制铜溶解度。但当Cu含量过高，则会恶化焊料可焊 性。因此本专利技术中将Cu铜的含量控制在3. 5-8wt%之间，使产品具有很低溶Cu速率同时， 保持着优秀的扩散率。在本专利技术提供的焊料组成中，还含有Sb，Bi两种元素，分别在对降低Cu溶解速率， 以及提高焊接性能有补充的作用。专利技术人研究过在Sn-3Cu合金中Sb的含量对铜溶解入焊 料的影响，发现当Sb含量为2wt%时，Cu的溶解率为最低值。可见，在焊料中加入Sb可以 有效地降低Cu在液态焊料的溶解率。而从Cu-Bi 二元合金相图可见，二元合金全过程中Bi 与Cu是互不发生任何冶金反应，这有利于抑制Cu的溶解，而且在焊料中添加Bi可降低焊 料合金的熔点，同时也改善焊料焊接时的流动性。作为本专利技术的进一步改进，还包括有以下重量百分数含量的成分0. 005-0. Iwt% P和0. 008-0. 2wt% Ga。在无铅焊料中添加微量抗渣元素P和Ga，可以使液态焊料在焊接 过程中有极好的抗氧化作用。由于P和Ga在液态焊料焊接过程中分布在液面上，使得P和 Ga与Sn、O2等元素作用生成一层很薄又十分致密的含氧酸盐保护膜。该保护膜可阻碍O2 对焊料的氧化，使得焊料在焊接过程中处于新鲜状态，从而确保了焊点的质量，并能够防止 大量Sn渣产生，确保焊料在相应温度下有着良好的抗渣效果，并降低了焊料中Sn的损耗。本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1)本专利技术提供的无铅焊料在焊接温度高达400 480°C的情况下，仍具有极低的 Cu溶解速度，使得在实施漆包线自熔漆搪锡过程中，具有很低的熔铜率，因此在电子元器件 生产采用自熔漆搪锡工艺时，在400 480°C的高温下进行浸焊，不会造成漆包线导线被熔 断，而且能够获得一层结合牢固、表面光滑的焊层以及结实的焊点。 (2)本专利技术提供的无铅焊料中添加了微量抗渣元素P和Ga，在400-480 °C工作温度 下，保持了作业过程中高温液态焊料表面无锡渣或极少量锡渣产生，降低了焊料中Sn的损^^ ο(3)本专利技术提供的无铅焊料中不含贵金属成分，大大降低成本，能够带来诱人的经 济效益。具体实施例方式以下通过对比例以及实施例对本专利技术进行阐述，然而本专利技术的保护范围并非仅仅 局限于以下实施例。所属
的普通技术人员依据本专利技术公开的内容，均可实现本发 明的目的。本专利技术的无铅焊料采用以Sn为基体的无铅焊料的常规生产方法进行制备，各成 分的重量百分数含量如以下实施例所示。实施例1Cu 3wt%Bi5wt%Sb2wt%Sn90wt%o实施例2Cu 5wt%Bi5wt%Sb2wt%Sn88wt%。实施例3Cu 8wt%Bi5wt%Sb2wt%Sn85wt%。实施例4Cu 5wt%Bi 2wt%Sb 2wt%Sn 91wt%。实施例5Cu 5wt%Bi 5wt%Sb 2wt%Sn 88wt%。实施例6Cu 5wt%Bi 6wt%Sb 2wt%Sn 87wt%。实施例7Cu 7wt%Bi 4wt%Sb Iwt %Sn 88wt%。实施例8Cu6wt%Bi 3wt%Sb 3wt%Sn 88wt%。实施例9Cu 3. 5wt%Bi 3. 5wt% Sb 2.5wt% Sn90. 5wt%。实施例10Cu 5wt%Bi 5wt%Sb 2wt% P 0. 008wt%Ga 0. 016wt%Sn 87. 976wt%0实施例11Cu 8wt%Bi 6wt%Sb 3wt% P 0. 005wt%Ga 0. Olwt%Sn 82.985wt%0实施例12Cu 3wt%Bi 2wt%Sb Iwt %P 0. Iwt %Ga 0. 2wt%Sn 93. 7wt%0实施例13Cu 3. 5wt%Bi 4wt%Sb 1. 5wt%P 0. 05wt%Ga 0. Iwt %Sn 90. 85wt%0实施例14Cu 7wt%Bi 3wt%Sb 2. 5wt% 5 0. Olwt%Ga 0. 02wt%Sn 87.47wt%0实施例15Cu 6wt%Bi 4. 5wt%Sb 2wt% 5 0. 06wt%Ga 0. 12wt%Sn 87. 32wt%0实施例16Cu 4wt%Bi 3. 5wt%Sb 2wt% P 0.006wt%Ga 0.012wt%Sn 90.4S2wt%o对比例1Cu 5wt%Sn 95wt%。对比例2Cu 5wt%Sb Iwt %Sn 94wt%O对比例3Cu 5wt%Sb 3wt%Sn 92wt%O对比例4Cu 6wt%Ag 2wt%Sn 92wt%O对比例5Cu 6wt%Ni 0. 2wt% Sn93.8wt%。以实施例1 6以及10与对比例1 5对在不同温度下的铜溶角军率、扩散率以及抗渣效果进行对比试验。结果见表一、表二和表三。 其中，铜溶解率的测试方法①将Φ0. 5mm的纯铜丝，经表面酸洗干净后，用千分 尺重测线径尺寸，选择尺寸一致的铜线备用。②分别在所指的焊料中，在400°C，45(TC，5480°C将涂有助焊剂铜丝插入ls，3s。焊料温度控制士2°C范围。③将浸焊后的铜丝，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温低溶铜率无铅焊料，其特征在于，该无铅焊料以Ｓｎ为基体，还包括以下重量百分数含量的成分：３．５－８ｗｔ％Ｃｕ、２－６ｗｔ％Ｂｉ、１－３ｗｔ％Ｓｂ。

【技术特征摘要】
一种高温低溶铜率无铅焊料，其特征在于，该无铅焊料以Sn为基体，还包括以下重量百分数含量的成分3.5 8wt％Cu、2 6wt％Bi、1 3wt％Sb。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡烈松，陈明汉，杜昆，陈昕，
申请(专利权)人：广州瀚源电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]