无铅锡焊料制造技术

对熔断器镀镍铜帽具有高润湿性、且强度和塑性高的无铅锡焊料以其重量为基准，含：Ｃｕ０．９－５．０％，Ｓｂ０．０５－３．０％，Ｂｉ０．０５－３．５％，ＲＥ０．００２－０．５％，余量为Ｓｎ。本发明专利技术适用于电子行业无铅化封装。

【技术实现步骤摘要】
无铅锡焊料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
熔断器是用来作为过载和短路保护用的电器，保护设备和电器 的安全使用，广泛应用于电气安装、供电行业、设备制造和工业控 制系统等领域。镀镍铜帽是熔断器的重要构成部分，其封装质量的 优劣决定着熔断器的品质。传统的熔断器镀镍铜帽封装用焊料为锡 铅焊料，然而近几年来，人们越来越关注铅对环境的污染和对身体 健康的损害，世界各国相继出台一系列法令和法规来防止电子产品 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，熔断器镀镍铜帽也已经开始了无铅化封装。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Sn-Ag-Cu 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。虽然无铅焊料的种类较多，但目前适用、并应用于镀镍铜帽封 装的无铅焊料是Sn—0.7Cu焊料。虽然在现有无铅焊料中，Sn — 0.7Cu焊料对镀镍铜帽的封装工艺适用性相对较高，成本也较低， 但其对镀镍铜帽的焊接性仍然较差；Sn—0.7Cu焊料熔化温度较低 (227°C)，封装过程中管壁溅锡现象严重；Sn—0.7Cn焊料凝固区 间窄，铜帽封装过程中的尺寸稳定性较差，上述这些原因导致镀镍铜帽封装产品的成品率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决已知技术中熔断器镀镍铜帽无铅封装时焯接性能 差、成品率低的问题，为此提供本专利技术的无铅锡焊料，这种焊料对 镀镍铜帽具有良好的的润湿性能，焊接能力强，可大幅提高产品成 品率。为解决上述问题，本专利技术 特殊之处是以该焊料总重量计它由以下重量百分数的组分组成Cu 0.9—5.0% Sb 0.05 — 3.0% Bi 0.05 — 3.5% RE 0.002— 0.5% Sn 余量本专利技术Cu的优选含量为2.0—4.0%，在此基础上本专利技术可以添 加占焊料重量0.01 — 0.8%的Ni。本专利技术无铅锡焊料合金组成成份及其重量百分含量根据以下理 由确定添加合金元素Cu可提高焊料的力学性能和加大熔化温度区间。 然而Cu含量少于0.9%时，其作用不明显；而Cu含量超过5.0%时， 塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本专利技术无铅锡焊料Cu含量 选择在0.9—5.0%范围内，优选在2.0 — 4.0%范围内。添加合金元素Ag可降低焊料熔点，提高焊料的润湿性能，并 通过生成弥散分布的锡银金属间化合物来提高焊料的强度。当Ag 含量少于0.1%时，其作用不明显；然而Ag含量大于4.0%时，焊 料合金塑性较差，并且Ag含量过多会导致生产成本的迅速上升。 本专利技术无铅锡焊料Ag含量选择在0.1 — 4.0%范围内。添加合金元素Sb可提高焊料对镀镍铜帽的润湿性能，并可进 一步提高焊料强度。Sb含量少于0.05%时，这些作用不明显；然而 Sb含量超过3.0W时，其对焊料润湿性能的改善程度趋于稳定，且焊料变硬，塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本专利技术无铅锡焊 料Sb含量选择在0.05—3.0%范围内。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0.05%时，其作用不明显。然而Bi含量超过3.5%时，合金 塑性较差，难以进行拔丝等机械加工。本专利技术无铅锡焊料Bi含量选 择在0.05 — 3.5%范围内。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0.002 %时，其作用不明显；然而RE含量超过0.5 %时， RE易偏聚于晶界，导致合金力学性能较差。本专利技术无铅锡焊料RE 含量选择在0.002— 0.5%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含量少于0.01%时，其作用不明显；Ni含 量的加入会导致焊料熔点的升高，考虑镀镍铜帽封装温度的上限， Ni含量限制到0.8% 。本专利技术无铅锡焊料Ni含量选择在0.01 — 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，其对熔断器镀镍铜帽可焊性好，产品成品率高。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锡焊料。实施例1将40.0Kg的Sn和10.0Kg的Cu放入氧化铝坩锅，置入中频炉 内熔炼，熔炼温度80(TC，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却， 制成含Cu20%的Sn—Cu中间合金。将45.0Kg的Sn和5.0Kg的Sb 放入氧化铝坩锅，置入中频炉内熔炼，熔炼温度40(TC，保温2小 时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含SblOX的Sn—Sb中间合金。 将30.0Kg的Sn和20.0Kg的Bi放入氧化铝坩锅，置入中频炉内熔 炼，熔炼温度40(TC，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成 含Bi40%的Sn—Bi中间合金。将40.0Kg的Sn和10.0Kg的Ag放 入氧化铝坩锅，置入中频炉内熔炼，熔炼温度为800°C，保温时间 为2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含Ag20X的Sn — Ag中间合金。将48.0Kg的Sn和2.0Kg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IOO(TC，保温2小时，充分搅 拌后出炉，冷却，制成含RE4%的Sn—RE中间合金。将48.0Kg的 Sn和2Kg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80(TC，保温2小时，充分搅拌后出炉，冷却，制成含 Ni4 %的Sn — Ni中间合金。取上述Sn—Cu中间合金0.250Kg， Sn—Sb中间合金0.035Kg， Sn—Bi中间合金8.8g和纯锡4.706Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼 温度为55(TC，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，获得无铅锡焊料条。实施例2取实施例1中Sn—Cu中间合金0.750Kg， Sn—Sb中间合金 0.750Kg， Sn—Bi中间合金0.225Kg和纯锡3.275Kg，置入不锈钢锅 内熔炼，熔炼温度为55(TC，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，获得无铅锡焊料条。实施例3取实施例1中Sn—Cu中间合金1.200Kg， Sn—Sb中间合金 1.400Kg， Sn—Bi中间合金0.413Kg和纯锡1.987Kg，置入不锈钢锅 内熔炼，熔炼温度为550°C，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，获得无铅锡焊料条。实施例4取实施例1中Sn—Cu中间合金0.250Kg， Sn—Sb中间合金 0.035Kg， Sn—Bi中间合金8.8g， Sn—Ag中间合金0.038Kg和纯锡 4.669Kg，置入不锈钢锅内熔炼，熔炼温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅锡焊料，其特征是以该焊料总重量计它由以下重量百分数的组分组成：　Ｃｕ　０．９－５．０％；　Ｓｂ　０．０５－３．０％；　Ｂｉ　０．０５－３．５％；　ＲＥ　０．００２－０．５％；　余量为Ｓｎ。

【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，张利民，
申请(专利权)人：浙江亚通焊材有限公司，浙江省冶金研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]