一种抗氧化的Sn-Cu无铅钎料制造技术

一种抗氧化的Ｓｎ－Ｃｕ无铅钎料属于电子组装钎焊材料制造技术领域。现有抗氧化Ｓｎ－Ｃｕ无铅钎料存在成本高，抗氧化性能差等问题。本发明专利技术所提供的抗氧化Ｓｎ－Ｃｕ无铅钎料的组分及其所占重量百分比为：Ｃｕ０．１～１．５％、Ｎｉ　０．０１～１％、Ｃｅ０．０１～１％、Ｐ　０．００１～１％、Ｇａ　０．０００１～０．１％、余量为Ｓｎ。本发明专利技术通过采用相对成本比较低廉的Ｓｎ－Ｃｕ合金，通过添加微量元素获得抗氧化的Ｓｎ－Ｃｕ无铅钎料。与传统的Ｓｎ－Ｃｕ无铅钎料相比，本发明专利技术具有高抗氧化、低出渣、低相对成本、使用性能优越的优点，且在电子组装波峰焊中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种抗氧化的Sn-Cu无铅钎料扭.术领域本专利技术属于电子组装钎焊材料制造
，具体涉及一种抗氧化的Sn-Cu 无铅钎料。技术背景随着WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment)和RoHS (The Restriction of the Use of certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)指令的不断推行，电子组装钎焊材料的无铅化掀起了 新的狂潮，为了寻找电子组装Sn-Pb钎^F的替代品，国内外相关专家进行了大量 的研究，并取得了一定的成效。目前，最常见的无铅钎料主要有Sn-Bi、 Sn-Ag、 Sn-Cu、 Sn-Zn、 Sn-Ag-Cu等系列合金钎料。其中，Sn-Cu系列合金钎料因成本低 廉的特点，在国内外无铅钎料的研究中得到了广泛的应用。但是，该系列合金 钎料在波峰焊时的抗氧化性能仍然存在着一定的问题。目前，已有多种才是高无铅4f料抗氧化性能的^支术，如ZL03116488. 9公开了 一种Sn- (5 ~ 20%) Zn- (0. 2 ~ 5%) Al- (0 ~ 2. 5%) Sb- (0 ~ 1. 5%) Cu无铅奸料,该专利技术 是通过添加A1元素，配置出具有抗氧化性能的Sn-Zn-Al三元准共晶合金，从而 相应地提高了钎料合金的抗氧化性能，但目前在生产上实际应用仍较少。 ZL03126796. 3公开了 一种Sn-(O. 05 ~ 1.2%)Ag-(0. 5 ~ 10%)Bi-(0. 01 ~ 1, 5%) Cu- (0. 0001 ~ 0. 0009%) P- (0. 002 ~ 0. 8%) RE无铅钎料，该专利技术是通过添加 微量的P与Sn、 02等元素生成一层即薄又致密的含氧酸盐保护膜，从而提高钎料 表面的抗氧化性能，然而，因添加Ag元素，增加钎料的制造及使用成本，且Bi 的添加还容易产生偏析。ZL03110895. 4提供了 一种Sn-(0. 5 ~ 5°/ )Ag-(0 ~2%) Cu- (0. 001 ~ 1%) P抗氧化无铅钎料，该专利技术采用Sn-Ag-Cu系列合金，通过P在 焊料合金熔液表面上的集肤效应提高焊料表面的抗氧化性能，但Sn-Ag-Cu系列 合金与Sn-Cu系列合金相比较，仍然成本较高。ZL03111446. 6和ZL03134099. 7分 別公开了 Sn-(0. 1 ~ 2. 0%)Cu-(0. 001 ~ 1°/。)P无铅钎料和Sn-(O. 5 ~ 0. 7%) Cu- (0. 001 — 0. 1%) X抗氧化无铅钎料(其中X指Ge和/或P),这两项专利技术无铅 钎料的抗氧化性能基本能够满足使用要求，但无铅钎料合金表面的光亮度欠佳， 抗氧化性能只能在一定的限度之内。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种抗氧化性能高、出渣 率低、成本低的用于波峰焊的Sn-Cu共晶无铅钎料。本专利技术通过在传统的Sn-Cu合金中添加孩t量元素Ni、 Ce、 P和Ga，获得抗 氧化的Sn-Cu无铅钎料，其组分及其所占重量百分比为Cu 0. 1 ~ 1. 5 % 、 Ni 0. 01 ~ 1 % 、 Ce 0. 01 ~ 1 % 、 P 0. 001 ~ 1 % 、 Ga 0. 0001 ~ 0. 1 % 、余量为Sn。本专利技术无铅钎料合金元素的选择原则如下1) Sn-Cu合金具有相对较低的成本，原材料供应充足，成分简单。Sn和 Cu为共晶或近共晶组成，钎料合金元素容易回收。同时，Sn-Cu共晶合金又具 有高热导率、低电阻率、力学性能可靠等优点，是一种极其实用的无铅钎料合金。2) Ni:添加微量元素Ni可与Sn形成Ni3Sn、 Ni3Sn2、 Ni3Sn4三种金属间化 合物，从而抑制(XSn5金属间化合物的生长。Ni能显著缩短钎料在铜基板上的 润湿时间，提高润湿力，有效地改善Sn-Cu钎料的铺展性能。添加微量的Ni可 以使熔融钎料表面的针状化合物Cu6Sns变成球状，使句^十流动性得到明显的改 善，抑制波峰焊点"桥连"等不良现象的发生，从而获得良好的钎焊效果，同时Ni的加入也可抑制Cu向4f料中的溶解。另外，添加Ni具有减少焊锡渣量的效果，Ni已经逐渐稳定地作为波峰焊用无铅4f料的添加元素。3) Ce:添加微量元素Ce可以明显改善钎料的力学性能，并且对钎料的润 湿铺展性能无影响。研究已经发现适量的元素Ce可有效地抑制针/片状共晶组 织的生成，细化晶粒组织。Ce与Sn易在基体的晶界处形成化合物，这些高熔点 的稳定化合物在钎料冷却过程中会成为微小的非均质晶核，从而起到细化晶粒 的作用。在Sn-Cu確f料中添加微量的Ce元素，钎料的显微组织得到细化，其拉 伸性能、抗蠕变性能以及显纟效硬度得到较大程度的改善。4) P:添加微量元素P可以使液态钎料表面在焊接过程中有较好的抗氧化 作用。由于P在液态钎料表面通过自身氧/f匕形成了致密的表面保护膜，降低了 由于液态锡氧化而产生锡的氧化物，从而降低了表面锡渣的产生。当Sn-Cu合 金钎料中P元素的添加量少于0. 001 %时，抗氧化作用不明显；当P元素的添加 量超过1 %时，过量的P元素会严重影响钎料的钎焊工艺性能。5) Ga:添加微量元素Ga可以使液态钎料表面有很好的抗氧化作用，但维 持的时间较短。在Sn-Cu合金钎料中Ga元素的添加量少于0. 0001 %时，抗氧化 作用不明显；当Ga元素的添加量超过0. 1%时，将会降低钎料的工艺性能，并 增加钎料成本。本专利技术所提供的抗氧化的Sn-Cu无铅钎料可通过传统的熔炼方法制备，其 中Sn、 Cu、 Ni、 Ce以金属原料供应，而P ( 44°C )和Ga ( 29. 8°C )因熔点较低， 在高温容易极度烧损，制备钎料合金时很难保证微量元素在合金中的添加量， 因此，P和Ga以中间合金PCu和SnGa的形式加入。与现有抗氧化Sn-Cu无铅钎料相比较，本专利技术钎料具有以下有益效果1)本专利技术是采用在Sn-Cu合金钎料中同时添加^(敬量元素P和Ga,保证Ga元素的抗氧化作用克分发挥的同时，采用元素P增加Ga元素的抗氧的作用时间。2) 本专利技术所制备的钎料在高温波峰焊时，具有优异的抗氧化性能，液态钎料池能保持更长时间的抗氧化状态，钎焊焊点表面光亮美观。3) 本专利技术减少了钎料使用过程中产生的氧化渣的数量，从而降低了 Sn的 消耗，降低生产成本。4) 本专利技术的无铅钎料可以采用传统的加工工艺制成焊锡条、焊锡棒、焊锡 丝、焊锡球以及焊膏等，在电子组装波峰焊中具有广阔的应用前景。以下结合具体实施方式对本专利技术作进一步说明。具体实施方式 实施例11 )将26克氯化钾和20克氯化锂的混合盐在45(TC下熔化后浇在99. 874克 锡上，将炉温升至60(TC,待锡熔化后，加入O. 094克铜，不断搅拌，形成熔融 合金；2 )将0. 01克镍、0. 01克铈、0. 007克PCu中间合金和0. 005克SnGa中间 合金用玻璃棒迅速压入步骤l)中的熔融合金中，并不断搅拌，直至完全熔化， 保温2小时，不断搅拌，使合金均匀化，静置出炉，待合金凝固后去除表面的 混合盐，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗氧化的Ｓｎ－Ｃｕ无铅钎料，其特征在于，所述的钎料的组分及其所占重量百分比为：Ｃｕ０．１～１．５％、Ｎｉ０．０１～１％、Ｃｅ０．０１～１％、Ｐ０．００１～１％、Ｇａ０．０００１～０．１％、余量为Ｓｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史耀武，李广东，郝虎，夏志东，雷永平，郭福，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[]