一种含混合稀土的锡铜基无铅钎料制造技术

本发明专利技术提供了一种含混合稀土的锡铜基无铅钎料，所述钎料中的元素及其重量比为：铜（Ｃｕ）：０．１－７．０％，镍（Ｎｉ）：０．０１－０．３％，钴（Ｃｏ）：０．０１－０．６％，镧系混合稀土（ＲＥ）：０．０１－１％，锡（Ｓｎ）：余量。本发明专利技术采用了多元素复合添加合金，当将钴（Ｃｏ）和镍（Ｎｉ）加入到锡铜（Ｓｎ－Ｃｕ）合金时，对防止铜浸出非常有效，并可明显改善合金的结晶状况。微量的混合稀土（ＲＥ）的加入一方面降低了钎料合金在铜表面的润湿角，另一方面又使钎料合金的力学性能有所提高，还具有良好的热加工性。本发明专利技术可使钎料金相均匀、细化，提高了润湿性、延展率、抗氧化能力和焊接性能，尤其在焊接表面平整性和光洁度方面有明显的改善，且成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料，具体的讲是涉及一种可广泛应用到电子连接和封装焊接性能要求高的领域的无铅钎料。
技术介绍
工业技术的发展为人类带来利益的同时，也给环境和资源造成很大的压力。欧盟Rohs指令的颁布和其它各国对电子材料规定的出台促使电子材料向无铅方向的转变加快。对OEM及电子代工生产商(EMS)来说，无铅焊接技术的应用已是当务之急。此外，欧盟两项环保指令不仅仅只影响机电产品整机制造商，而且涉及到原材料、化工、包装等上下游企业。消费者环保、健康意识的增强，国际市场的客观要求使得环保成为电子产业发展的必然趋势。但是，代替锡铜无铅合金的材料都存在一定的性能或工艺缺陷。如，以锡银为基的无铅焊料在市场上占有相当大的份额，但银的成本较高、且润湿性还是较差、合金组织粗大、分布不均。而锡银铜合金在铜等金属表面的铺展性能、填缝性能较差。我国工业的迅猛发展，使得对有色金属的需求急剧扩大，给资源造成很大的压力。我国有色金属行业在经历1999-2001年的低位徘徊和2002年的小幅回暖后，2003年受供货趋紧、需求增长等众多因素的影响，出现了产量增长，价格稳步上扬的局面，国内有色金属市场资源加快增长，消费需求旺盛，价格全面上扬，有色金属行业出现了一些紧张。2004年全国十种有色金属继续保持较快增长的势头，总产量达到1369.60万吨，同比增长16.40％。而同期有色金属价格上涨了34.84％，价格上涨幅度大于产量增长幅度。而2005年，有色金属价格上涨的趋势依然没有改变，各主要品种的价格均出现不同程度的上涨。预计今后20年中，我国经济发展对有色金属的需求仍将处于增长阶段，有色金属工业的需求量在现有基础上还会进一步扩大，在电子生产领域，需求的急剧增长使生产厂家的成本也大幅增大。众多电子生产厂家都在寻找成本较低的可替代材料。就银(Ag)元素而言，其资源有限，而且由于经济的快速发展，其它产业对银的需求大幅提高，近几年银的价格大幅上扬就是明显例证。因此研发出可替代银的低成本材料，是一种必然趋势。锡铜基无铅合金的成本较低，我国锡、铜资源蕴藏也比较丰富，但锡铜基合金本身就存在许多缺陷。现今，厂家对用于电子和电工的焊料，要求是多方面的，基本的要求有优良的导电和导热性能，另外还要求良好的工艺性、可靠性及工作寿命，而生产成本对每个制造商来说也是一个不得不慎重考虑的重要因素。因此，现有技术有待进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本相对较低，合金组织细致、分布均匀，在铜等金属表面的铺展性能及填缝性能好，导电、导热、润湿性和焊接性能好，抗氧化能力强，且具有良好的工艺性、可靠性及工作寿命的无铅钎料。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案该无铅钎料由铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、镧系混合稀土(RE)以及金属锡(Sn)组成，其中铜(Cu)的重量百分比含量是0.1-7.0％，钴(Co)的重量百分比含量是0.01-0.6％，镍(Ni)的重量百分比含量是0.01-0.3％，镧系混合稀土(RE)的重量百分比含量是0.01-1％，余量为金属锡(Sn)。以锡铜为基的无铅钎料，合金中铜过少会产生较多的“铜蚀”，但铜较多则会使钎料的润湿性变差。因此铜(Cu)的重量百分比含量在本专利范围能使无铅钎料润湿性好。当将镍(Ni)加入到锡铜(Sn-Cu)合金时，可明显改善合金的结晶状况，形成Ni3Sn2相，熔点为795℃，高于Cu6Sn5相，由于Ni3Sn2相的存在，抑制了Cu6Sn5相的长大，从而使锡铜(SnCu)焊料结晶细致有光泽，也因此使流动性变好。同时镍(Ni)能够有效防止铜浸出，使合金组成比较均匀。镍(Ni)作为合金化元素细化钎料合金组织，还可以提高钎料合金的抗氧化、抗腐蚀能力。当镍(Ni)低于0.01％时不足以充分的稳定铜混晶，同时还削弱了其抗平面腐蚀性的有利作用。而镍(Ni)高于0.3％时，将导致冷成型时过高硬化及因此不利的后果，为此本专利技术镍(Ni)的优选范围是0.01％-0.3％。钴(Co)对防止铜浸出非常有效，为了控制a-相的晶粒尺寸，钴(Co)是必需的。钴(Co)还可以改变合金元素形成的偏聚结构单元的价电子结构，为此在锡铜镍(Sn-Cu-Ni)合金中加入一定量的钴(Co)可以进一步防止铜浸出。但当钴(Co)含量低于0.01％时是不利的，而高于0.5％时，尤其是当高于1％时，合金的润湿性会大幅削弱，同时熔点上升，不利于工艺操作。本专利技术钴(Co)的优选范围是0.01-0.6％。钴(Co)和镍(Ni)都是活性元素，本身有一定的抗菌作用，加入到锡铜(Sn-Cu)合金中仍能保持一定抗菌性能，可以在潮湿温暖的环境中广泛应用。加入少量镧系混合稀土(RE)，可以在锡铜晶界上偏聚，并与钴(Co)、镍(Ni)相互作用，引起晶界的结构、化学成分和能量的变化，影响其它元素的扩散和新相的成核与长大，通过形成更多的晶核细化钎料的晶粒度，使钎料的延伸率得到有效提高，使钎料的力学性能大幅加强，同时改善了热加工成型性。镧系混合稀土(RE)作为表面活性元素，通过改善钎料的润湿性、减小润湿角，提高钎料的扩展率，使得钎料能与焊盘很好结合，从而提高焊接质量。镧系稀土是活性元素，有除气的作用和调制合金细化的作用，对氧有一定吸附作用，可以脱硫和氧。同时可使氧化层表面由疏松变得致密，焊料不易进一步氧化，从而提高焊料的抗氧化能力。钴(Co)和镍(Ni)虽然具有一定抗菌作用，但是由于它们非常活跃，能导致十分强烈的界面反应，加入一定量的稀土元素可以在一定程度上降低其活性，改善界面组织结构，大幅提高了焊接表面光洁度和平整性。采用本专利技术制造出来的钎料合金金相均匀、细化，其润湿性、延展率、抗氧化能力合焊接性能都大幅提高，尤其在焊接表面平整性和光洁度方面有明显的改善，且成本低廉并具有优越的热加工性能，可以制造成多种形状的焊接材料，如锡棒、锡条、锡焊丝和BGA焊球等。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述，本专利技术由铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、镧系混合稀土(RE)以及金属锡(Sn)组成，其中铜(Cu)的重量百分比含量是0.1-7.0％，钴(Co)的重量百分比含量是0.01-0.6％，镍(Ni)的重量百分比含量是0.01-0.3％，镧系混合稀土(RE)的重量百分比含量是0.01-1％，余量为金属锡(Sn)。以锡铜为基的无铅钎料，合金中铜过少会产生较多的“铜蚀”，但铜较多则会使钎料的润湿性变差。因此铜(Cu)的重量百分比含量在0.1-7％，这样使无铅钎料润湿性好。当将镍(Ni)加入到锡铜(Sn-Cu)合金时，可明显改善合金的结晶状况，形成Ni3Sn2相，熔点为795℃，高于Cu6Sn5相，由于Ni3Sn2相的存在，抑制了Cu6Sn5相的长大，从而使锡铜(SnCu)焊料结晶细致有光泽，也因此使流动性变好。同时镍(Ni)能够有效防止铜浸出，使合金组成比较均匀。镍(Ni)作为合金化元素细化钎料合金组织，还可以提高钎料合金的抗氧化、抗腐蚀能力。当镍(Ni)低于0.01％时不足以充分的稳定铜混晶，同时还削弱了其抗平面腐蚀性的有利作用。而镍(Ni)高于0.3％时，将导致冷成型时过高硬化及因此不利的后果，为此本专利技术镍(Ni)的优选范围是0.01％-0.3％。钴(Co)对防止铜浸出非常有效，为了控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含混合稀土的锡铜基无铅钎料，其特征在于该钎料由铜、钴、镍、镧系混合稀土及锡组成，其中铜的重量百分比含量是０．１－７．０％，钴的重量百分比含量是０．０１－０．６％，镍的重量百分比含量是０．０１－０．３％，镧系混合稀土的重量百分比含量是０．０１－１％，余量为金属锡。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：包德为，赵文川，
申请(专利权)人：东莞市普赛特电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]