无铅焊料制造技术

成本低、润湿性好、强度和塑性高的无铅焊料，其一是以焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：Ｂｉ０．１－３．０％，Ｓｂ０．０５－１．０％，Ｃｅ０．００１－０．１％，Ｓｎ余量；其二是以焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：Ｂｉ０．１－３．０％，Ｓｂ０．０５－１．０％，Ｃｅ０．００１－０．１％，Ａｇ０．１－０．５％，Ｓｎ余量；其三是以焊料总质量计它由以下质量百分数的组分组成：Ｂｉ０．１－３．０％，Ｓｂ０．０５－１．０％，Ｃｅ０．００１－０．１％，Ａｇ０．１－０．５％，Ｃｕ０．１－０．８％，Ｓｎ余量。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，世界各国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Ag、Cu、P、Ni、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系列无铅焊料；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列无铅焊料；千住金属工业株式会社的CN1496780A专利申请公开了一种锡铜系列无铅焊料；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列无铅焊料等。Sn-Cu焊料虽然成本低，但其润湿性能较差。Sn-Ag焊料的润湿性能比Sn-Cu焊料好一些，但仍然不高(其扩展率＜75％)；并且焊料内含有贵金属银，成本较高。Sn-Zn焊料虽然熔点和成本均较低，但由于含有Zn，焊料耐蚀性和抗氧化性极差，润湿性不好，焊接过程中需要活性较强的焊剂和氮气保护，接头可靠性较差。目前的Sn-Bi系列焊料熔点太低，使用范围有限；且焊料塑性较差，难以进行拔丝等机械加工。与Sn-Cu和Sn-Ag焊料相比，Sn-Ag-Cu无铅焊料的液相线温度较低，凝固区间小，润湿性有所提高；该系列无铅焊料的强度较高，塑性能满足机械加工要求，因而该焊料是目前最具竞争力的无铅焊料合金。然而Sn-Ag-Cu焊料的缺点是由于银含量高，成本较高；而且该焊料的润湿性能仍不佳(扩展率为75-80％)。
技术实现思路
本专利技术要解决已知技术中的无铅焊料或是润湿性差，或是强度和塑性较低，或是成本较高的问题，为此提供本专利技术的无铅焊料，这种焊料成本低，具有良好的的润湿性能、较高的强度和塑性。为解决上述问题，本专利技术以组分多少分为三种焊料。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Bi0.1-3.0％Sb0.05-1.0％Ce0.001-0.1％Sn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Bi0.1-3.0％Sb0.05-1.0％Ce0.001-0.1％Ag0.1-0.5％Sn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Bi0.1-3.0％Sb0.05-1.0％Ce0.001-0.1％Ag0.1-0.5％Cu0.1-0.8％Sn余量本专利技术无铅焊料合金组成成份及其质量百分含量根据以下理由确定添加合金元素Bi可降低焊料熔化温度，提高润湿能力。Bi含量少于0.1％时，其作用不明显。然而Bi含量超过3.0％时，合金塑性较差，难以进行拔丝等机械加工。本专利技术无铅焊料Bi含量选择在0.1-3.0％范围内。Sb与Bi可以无限固溶，因而添加少量Sb可提高焊料强度。Sb含量少于0.05％时，这些作用不明显；然而Sb含量超过1.0％时，焊料变硬，塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本专利技术无铅焊料合金内Sb含量选择在0.05-1.0％范围内。添加合金元素Ce能细化焊料合金的组织，提高焊料的力学性能。Ce含量少于0.001％时，其作用不明显；然而Ce含量超过0.1％时，Ce易偏聚于晶界，导致合金力学性能较差。本专利技术无铅焊料Ce含量选择在0.001-0.1％范围内。添加合金元素Ag可降低焊料熔点，并通过生成弥散分布的锡银金属间化合物来进一步提高焊料的强度。当Ag含量少于0.1％时，其作用不明显；然而Ag含量大于0.5％时，焊料合金塑性较差，难以进行机械加工，并且Ag含量过多会导致生产成本的迅速上升。本专利技术无铅焊料Ag含量选择在0.1-0.5％范围内。添加合金元素Cu可降低焊料熔点，并可以抑制铜引线在浸焊过程中的溶蚀。然而Cu含量少于0.1％时，其作用不明显；而Cu含量超过0.8％时，会生成大量的锡铜金属间化合物，导致焊料塑性较差，难以进行拔丝等机械加工。本专利技术无铅焊料Cu含量选择在0.1-0.8％范围内。本专利技术的无铅焊料，经对以下本专利技术实施例焊料的测试与计算表明，其强度高，延伸率大，熔化温度低且熔化温度区间小，成本低。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焊料。实施例1将30.0Kg的Sn和20.0Kg的Bi放入氧化铝坩锅内，并置入中频炉内熔炼，熔炼温度400℃，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含铋40％的锡铋中间合金。将45.0Kg的Sn和5.0Kg的Sb放入氧化铝坩锅内，并置入中频炉内熔炼，熔炼温度400℃，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含锑10％的锡锑中间合金。将48.0Kg的Sn和2.0Kg的Ce放入氧化铝坩锅中，并置入真空中频感应熔炼炉内熔炼，熔炼温度为1000℃，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含铈4％的锡铈中间合金。取上述锡铋中间合金0.019Kg，锡锑中间合金0.035Kg，锡铈中间合金0.0025Kg和纯锡4.944Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为550℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅焊料条。实施例2取实施例1锡铋中间合金0.019Kg，锡锑中间合金0.035Kg，锡铈中间合金0.063Kg和纯锡4.884Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为550℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅焊料条。实施例3取实施例1锡铋中间合金0.194Kg，锡锑中间合金0.260Kg，锡铈中间合金0.088Kg和纯锡4.459Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为550℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅焊料条。实施例4取实施例1锡铋中间合金0.338Kg，锡锑中间合金0.475Kg，锡铈中间合金0.113Kg和纯锡4.075Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为550℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅焊料条。实施例5取实施例1锡铋中间合金0.106Kg，锡锑中间合金0.100Kg，锡铈中间合金0.088Kg和纯锡4.706Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为550℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅焊料条。实施例6将40.0Kg的Sn和10.0Kg的Ag放入氧化铝坩锅内，并置入中频炉内熔炼，熔炼温度为800℃，保温时间为2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含银20％的锡银中间合金。取上述锡银中间合金0.038Kg，取实施例1锡铋中间合金0.019Kg，锡锑中间合金0.035Kg，锡铈中间合金0.0025Kg和纯锡4.906Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温度为550℃，保温时间为1.5小时，充分搅拌后出炉，浇铸在钢制焊条模具上，获得无铅焊料条。实施例7取实施例1锡铋中间合金0.019Kg，锡锑中间合金0.035Kg，锡铈中间合金0.063Kg，取实施例6锡银中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅焊料，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：Ｂｉ０．１－３．０％Ｓｂ０．０５－１．０％Ｃｅ０．００１－０．１％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，杨倡进，
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]