无铅焊料制造技术

本发明专利技术提供了一种无铅焊料，其特征在于，其中含有Ｓｎ和Ｚｎ，同时还含有０．００１～１．０重量％的Ｔｉ，该焊料不含有害物质铅，对玻璃、陶瓷等氧化物材料具有很大的焊接强度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以在较低温度下对陶器、玻璃等氧化物材料进行焊接的无铅焊料。
技术介绍
迄今为止，为了对陶瓷、玻璃等氧化物材料进行焊接，已知的方法是预先通过电镀或化学镀在这些材料上镀上金，铜和镍等金属，但是这种焊接工艺是高昂的和复杂的，因此人们迫切希望开发一种较经济的焊接方法。根据这些要求，例如在特公昭49-22299号公报和特公昭52-21980号公报中公开了一种可以直接在玻璃、陶瓷的表面上进行焊接的Pb-Sn类焊料。然而，铅是一种毒性强的金属，近年来，由于人们越来越担心铅对人体健康和生态系统的不良影响和对环境的污染，因此使得焊料无铅化的运动正在迅速扩大。虽然在上述特公昭49-22299号公报中公开的焊料是一种能够直接对玻璃、陶瓷等的氧化物进行焊接的Pb-Sn-Ca-Sb焊料，但是由于该焊料含有属于有害物质的铅，因此，当把由这些焊料制成的物品废弃时，这些废弃物一旦与酸性的雨水接触就会使其中的铅大量溶解出来，这时铅的毒性就会引起严重的问题。另外，在上述特公昭52-21980号公报中公开的焊料虽然是一种能够直接与玻璃、陶瓷等的氧化物材料焊接的含有稀土类金属的焊料，但是该焊料中的主成分也是铅，因此也存在同样的问题。另一方面，现在人们正在积极研究主要用于组装电子零部件的无铅焊料。例如，在特开平9-326554号公报中公开了一种Sn-Ag-In焊料，另外，在特开平8-164495号公报中公开了一种Sn-Zn-Bi焊料，这两种焊料都能对玻璃、陶瓷等的氧化物材料进行焊接，但是它们都存在焊接强度不够好的问题。另外，作为能够对金属氧化物进行焊接的无铅焊料，例如在特公昭55-36032号公报中公开了一种Sn-Ag-Al-Zn焊料，但是，其中选择金属作为被焊接对象，因此，在用于热膨胀系数大的玻璃、陶瓷等氧化物材料时，存在容易产生剥离的问题。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的实际情况，本专利技术的目的是提供一种不含有害物质铅，并且对玻璃、陶瓷等氧化物材料具有足够焊接强度的无铅焊料。本专利技术涉及一种可对玻璃、陶瓷等氧化物进行焊接的焊料，该焊料以Sn和Zn作为主成分，其中还含有Ti、Al、Cu作为组成。应予指出，由于本专利技术的无铅焊料中含有诸如Zn、Ti、Al等非常容易氧化并且容易在焊料表面上发生偏析的成分，因此，在以下表示的组成中，所有各种成分的组成都是指它们各自在焊料中的平均组成。也就是说，本专利技术无铅焊料的特征在于，其中除了含有Sn和Zn之外，同时还含有0.001～3.0重量％的Ti。另外，本专利技术的无铅焊料优选在其成分中含有0.001～3.0重量％的Al。另外，本专利技术的无铅焊料优选在其成分中含有0.001～9.0重量％的Cu。另外，本专利技术的无铅焊料优选含有按Sn对Zn(Sn/Zn)的重量比为Sn/Zn=4.0～19.0的Sn和Zn。应予说明，以重量％表示的Sn对Zn的比值(Sn/Zn)是指用无铅焊料中的Zn的重量％值除Sn的重量％值所得的商值，例如，对于Sn为91重量％与Zn为9重量％的二元系无铅焊料，可以算出该比值为91/9=10.1。另外，本专利技术的无铅焊料优选含有按Sn对Zn(Sn/Zn)的重量比为Sn/Zn=9.0～12.0的Sn和Zn，并且基本上不含有Cu。应予说明，上述的“基本上不含有Cu”是指其中所含的Cu量不超过在用于制造焊料的普通原料例如Sn或Zn的单体中作为杂质含有的并因此必然在焊料中作为杂质含有的铜量。另外，本专利技术的无铅焊料优选含有总量在10重量％以下选自Bi、Si和Sb中的至少一种元素作为其成分。另外，本专利技术的无铅焊料优选含有0.001～1.0重量％的Si作为其成分。用于实施专利技术的最佳方案下面说明对本专利技术的无铅焊料的组成作出限定的理由。应予说明，下面所说的组成以重量％表示。Sn没有毒性，具有能使被焊物体润湿的作用，因此它是焊料中的必要成分，另外，向焊料中添加Zn可以使焊料具有对玻璃、陶瓷等氧化物材料的粘接力。Ti是一种非常容易氧化的元素，但它具有能使焊料容易与氧化物焊接的优点。当其含量不足0.001％时，其效果很差，而如果超过3.0％，则焊料本身的硬度增加，从而难以确保焊料的耐热循环性，同时由于这时焊料的熔点增高，从而导致其作业性变差，因此，Ti的含量优选在0.001～3.0％的范围内，更优选在0.01～1.0％的范围内。Al是一种象Ti那样非常容易氧化的元素。但它具有能使焊料容易与氧化物焊接的优点。当其含量不足0.001％时，其效果很差；而如果超过3.0％，则焊料本身的硬度增加，从而难以确保焊料的耐热循环性，同时由于这时焊料的熔点增高，从而导致其作业性变差，因此，Al的含量优选在0.001～3.0％的范围内，更优选在0.01～1.0％的范围内。Cu的添加能够发挥提高焊料机械强度的优良效果。Cu的含量如果在0.001％以下，则其效果过低，而如果超过9.0％，则会使焊料的熔点增高，同时还会产生大量的Cu与Sn的金属间化合物，这样反而会导致其机械强度降低，因此Cu的含量优选为0.001～9.0％，更优选为0.01～3.0％。在本专利技术的无铅焊料中优选含有按Sn对Zn(Sn/Zn)的重量比为Sn/Zn=4.0～19.0的Sn和Zn。当Sn与Zn形成合金时，Sn与Zn会引起共晶反应，该合金中的共晶部分具有由Sn与Zn细微地混合而形成的微细而且致密的组织，这种组织具有良好的柔软性。结果使得在共晶部分中的应力容易分散均匀，因此在与玻璃等材料焊接时，应力不会集中于界面上，从而难以引起剥离，这是其优点。在本专利技术的无铅焊料中，优选是在含有按Sn对Zn(Sn/Zn)的重量比为Sn/Zn=9.0～12.0时，基本上不含Cu。当Sn/Zn=9.0～12.0时，其组成接近于共晶点的组成(Sn/Zn=10.1)，这时Sn和Zn的初晶都难以长大，因此多数都是共晶的微细组织。当共晶组织较多时，焊料具有优良的柔软性，如上所述，这样有利于与玻璃等的焊接，但是当存在成核化合物时，具有共晶组成的晶粒就会长大。当Cu与Zn共存时，容易生成CuZn化合物，这种化合物容易成核，从而使得具有共晶组成的结晶粒子容易长大，因此在对玻璃等进行焊接时，应力集中于晶界处，从而容易引起破裂，因此优选是基本上不含Cu。在本专利技术的无铅焊料中可以适当地含有10％以下选自Bi、Si和Sb中的至少一种元素。其中，Bi和Si可以改善焊料的润湿性。Sb可以改善焊料的外观，并可提高焊料的抗蠕变性。另外，为了提高焊料的焊接性和机械强度，可以向其加入微量的Cr、Be、Fe、Ni、Co、Ga、Ge、P等元素。另外，Si的含量低于0.001％时，其效果很差，而如果超过1.0％，则焊料的熔点增高，从而导致其作业性变差，因此，Si的含量优选在0.001～1.0％范围内，更优选在0.01～0.1％的范围内。另外，在本专利技术的无铅焊料中也可以加入适当量的In。In不仅可以降低焊料的熔点，并且可以提高焊料的润湿性，同时还能使焊料本身变得柔软，因此在对氧化物材料进行焊接时可以缓和在界面上产生的应力。应予说明，本专利技术的无铅焊料除了能对玻璃、陶瓷等氧化物材料直接进行焊接之外，还可以对诸如铝、钛、锆等具有氧化膜的难以焊接的金属直接进行焊接。另外，在对难以焊接的材料进行焊接时，优选使用一种能够产生超声波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅焊料，其特征在于，其中含有Ｓｎ和Ｚｎ，同时含有０．００１～３．０重量％的Ｔｉ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：堂见新二郎，坂口浩一，中垣茂树，菅沼克昭，
申请(专利权)人：日本板硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]