成本低、抗氧化性高、润湿性好、熔点低和综合力学性能优异的无铅软钎焊料，有以下三项，每项以其总质量计由下述质量百分数的组分组成：１．０．１－０．４５Ａｇ，０．４－１．１Ｃｕ，０．００１－０．１５Ｐ，０．００１－０．３Ｎｉ，余量为Ｓｎ；２．０．１－０．４５Ａｇ，０．４－１．１Ｃｕ，０．００１－０．１５Ｐ，０．００１－０．３Ｎｉ，０．００１－０．２ＲＥ，余量为Ｓｎ；３．０．１－０．４５Ａｇ，０．４－１．１Ｃｕ，０．００１－０．１５Ｐ，０．００１－０．２ＲＥ，余量为Ｓｎ。本发明专利技术适用于电子行业无铅化组装和封装。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊料合金，特别是无铅软钎焊料合金，主要用于电子行业的无铅化组装和封装。
技术介绍
人们越来越关注铅对环境的污染和对身体健康的损害。近几年来，世界许多国家相继出台一系列法令和法规来防治电子产品所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用。在无铅化绿色制造这一大趋势下，许多国家已开始加大投入来研发无铅焊料，并积极推广其应用。目前已开发出的无铅焊料主要有Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Zn和Sn-Ag-Cu等，并通过添加Ni、Ag、Cu、P、In、Bi等元素获得不同性能的系列产品。如千住金属工业株式会社的JS3027441专利和艾奥瓦州立大学的US5527628专利，分别公开了各自的SnAgCu系无铅焊料；松下电器产业株式会社的CN1087994C专利和北京工业大学的CN1586793A专利申请公开了各自开发的锡锌系无铅焊料；千住金属工业株式会社的CN1496780A专利申请公开了一种锡铜系无铅焊料；韩国三星电机株式会社的CN1040302C、CN1040303C专利和CN1139607A专利申请公开了锡铋系无铅焊料等。Sn-Ag-Cu系无铅焊料由于具有熔点低、润湿性相对较高和综合力学性能优良等优点，被公认为是目前综合性能最佳的无铅焊料，也是目前使用量较大的无铅焊料。Sn-Ag-Cu系焊料中，关注最多的是美国NEMI推荐的Sn-3.9Ag-0.6Cu，欧盟推荐的Sn-3.8Ag-0.7Cu和日本JEITA推荐的Sn-3.0Ag-0.5Cu。然而目前Sn-Ag-Cu焊料的显著缺点是由于银含量较大，焊料的成本非常高，导致焊料使用厂商的制造成本较高，这不仅限制了该焊料的广泛应用，也在一定程度上制约了电子行业的发展。
技术实现思路
本专利技术要解决已知技术中的Sn-Ag-Cu无铅焊料成本过高这一问题，为此提供本专利技术的无铅软钎焊料，这种焊料不仅成本低，而且具有熔点低、润湿性好、综合力学性能优异和抗氧化性高等优点。为解决上述问题，本专利技术分为以下数种焊料。其一特殊之处是以该焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成Ag 0.1-0.45Cu 0.4-1.1P0.001-0.15Ni 0.001-0.3Sn 余量其二特殊之处是以该焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成Ag 0.1-0.45Cu 0.4-1.1P0.001-0.15Ni 0.001-0.3RE 0.001-0.2Sn 余量其三特殊之处是以该焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成Ag 0.1-0.45Cu 0.4-1.1P0.001-0.15RE 0.001-0.2Sn 余量添加Cu元素可提高焊料的强度，降低焊接过程中熔融焊料对铜板和铜引线的溶蚀程度。Cu含量小于0.4％时其作用不明显；而Cu含量大于1.1％时，焊料的润湿性变差，熔化温度过高，易导致被焊铜板沾锡太多。本专利技术无铅软钎焊料Cu含量选择在0.4-1.1％范围内。添加Ag元素可降低焊料熔点，提高锡铜合金的塑性，并可提高焊料的热稳定性。当Ag含量少于0.1％时，其作用不明显；然而Ag含量大于0.45％时，焊料强度降低较大，并且Ag含量过多会导致生产成本的迅速上升。本专利技术无铅软钎焊料Ag含量选择在0.1-0.45％范围内。Ni与Cu可无限固溶，添加Ni元素既能细化焊料合金组织，又能提高焊料的塑性。Ni含量小于0.001％时，其作用不明显；然而Ni含量大于0.3％时，焊料熔点高，液态下的黏度大，不仅弱化了焊料的润湿性，还易导致被焊铜板沾锡太多。本专利技术无铅软钎焊料Ni含量选择在0.001-0.3％范围内。添加P元素可提高焊料的抗氧化性能，降低熔融焊料的产渣量。P含量小于0.001％时，其作用不明显；而P含量大于0.15％时，焊料塑性较差。本专利技术无铅锡基软焊料P含量选择在0.001-0.15％范围内。添加Ge或Ga元素也可以提高焊料的抗氧化性能，但Ge和Ga在熔融焊料表面形成的氧化膜呈延性，波峰焊过程中容易堵塞喷嘴，并且Ge和Ga属于贵金属，加入焊料后会导致焊料成本的升高。P不仅价格便宜，而且在熔融焊料表面形成灰状氧化膜，焊接过程中不会影响波峰焊喷嘴的正常工作，因而本专利技术无铅软钎焊料选择P作为抗氧化元素。添加RE元素能细化焊料合金的组织，提高焊料的力学性能。RE含量少于0.001％时，其作用不明显；然而RE含量超过0.2％时，RE易偏聚于晶界，导致合金力学性能较差。本专利技术无铅软钎焊料RE含量选择在0.001-0.2％范围内。本专利技术无铅软钎焊料，经对以下本专利技术实施例焊料的测试与计算表明，其成本低，润湿性好、力学性能优异、抗氧化性高。本专利技术焊料在具有目前通用的Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料物理、性能等方面优点的前提下，大幅度降低了焊料成本，这对于增强产品市场竞争力具有重要的意义。具体实施例方式下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术的无铅软钎焊料。实施例1将47.5Kg的Sn和2.5Kg的Ag放入氧化铝坩锅内，并置入中频炉内熔炼，熔炼温度为600℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含5％Ag的Sn-Ag中间合金。将45.0Kg的Sn和5.0Kg的Cu放入氧化铝坩锅，置入中频炉内熔炼，熔炼温度700℃，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含10％Cu的Sn-Cu中间合金。将49.0Kg的Sn和1Kg的Ni放入氧化铝坩锅，置入真空中频感应熔炼炉内熔炼，熔炼温度为700℃，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含2％Ni的Sn-Ni中间合金。将49.5Kg的Sn放入氧化铝坩锅中熔炼，熔炼温度为550℃；锡熔化后，用周边带有小孔的石墨钟罩将0.5Kg的P压入锡液中，并不断搅拌；保温4小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含1％P的Sn-P中间合金。将49.5Kg的Sn和0.5Kg的RE放入氧化铝坩锅，置入真空中频感应熔炼炉内熔炼，熔炼温度为800℃，保温1.5小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含1％RE的Sn-RE中间合金。取上述Sn-Ag中间合金0.120Kg，Sn-Cu中间合金0.300Kg，Sn-P中间合金0.050Kg，Sn-Ni中间合金5g和纯锡4.525Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为600℃，保温时间为1小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅锡基软焊料条。实施例2取实施例1中Sn-Ag中间合金0.220Kg，Sn-Cu中间合金0.215Kg，Sn-P中间合金0.015Kg，Sn-Ni中间合金0.5Kg和纯锡4.050Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为600℃，保温时间为1小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅锡基软焊料条。实施例3取实施例1中Sn-Ag中间合金0.420Kg，Sn-Cu中间合金0.520Kg，Sn-P中间合金0.600Kg，Sn-Ni中间合金0.675Kg，Sn-RE中间合金0.020Kg和纯锡2.765Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为600℃，保温时间为1小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅锡基软焊料条。实施例4取实施例1中Sn-Ag中间合金0.310Kg，Sn-Cu中间合金0.375Kg，Sn-P中间合金0.200Kg，Sn-Ni中间合金0.300Kg，Sn本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无铅软钎焊料，其特征是以该焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成： Ａｇ ０．１－０．４５ Ｃｕ ０．４－１．１ Ｐ ０．００１－０．１５ Ｎｉ ０．００１－０．３ Ｓｎ 余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王大勇，顾小龙，
申请(专利权)人：亚通电子有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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