热浸镀锡铜线用无铅焊料合金制造技术

本发明专利技术涉及一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，它有以下重量百分比的化学成分组成：Ａｌ　０．０１～０．１０％；Ｇａ　０．０５～０．１０％；Ｎｉ　０．０２～０．８０％；其余量为Ｓｎ。为了进一步改善焊料合金的抗氧化性，在焊料合金中加入为焊料重量的０．０１～０．１％的Ｐ。本发明专利技术无铅焊料合金解决了Ｓｎ－Ｃｕ无铅焊料合金在热浸镀时焊料与表面金属氧化物产生量过高，热浸镀层在高温时易氧化的问题。本发明专利技术提出的无铅焊料合金在热浸镀工艺中特别适用，其焊料合金不仅具有良好的抗氧化性，流动性也好，热浸镀后镀层结晶细致光亮，解决了热浸镀变色及热浸镀工艺实用性的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
，特别是一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金。
技术介绍
在传统的焊料合金中，铅一般使用于与锡形成焊料合金，以改善焊料的流 动性、润湿性及力学性能。但铅是一种有毒的重金属，对人体和环境会产生严重有害的作用。考虑到Sn/Pb焊料合金在操作时的工作环境、使用时的使 用环境及该焊料合金被废弃时对地球环境的危害，最好是避免使用铅。因而， 在焊料合金中避免使用铅是一项国内共同关心的重要课题。在形成无铅焊料合金时，要求该焊料合金对于热浸镀锡铜线有良好的润 湿性、流动性及抗氧化性。因此，电子引线行业需要一种无铅焊料合金来代 替传统的Sn/Pb焊料合金。在当前的电子引线行业使用无铅焊料合金中， Sn-0.7Cu共晶合金由于价格便宜、原材料供应充足、焊料合金元素易回收、 机械性能良好等一系列特征而作为主要的无铅焊料(熔点227°C)。然而，对于 Sn-Cu系焊料合金来说，该焊料在熔炼过程中易产生结晶组织偏析现象；此外 Sn-O. 7Cu无铅焊料合金在进行镀锡铜线热浸镀时存在较特殊问题包括两点 一是镀锡铜线在热浸镀后，热镀层表面耐高温的抗变色性差；其次是Cu基引 线向熔融焊料内的熔蚀。这两种问题不仅改变了熔融焊料的成分，并且与Sn 形成Cu6-Sn5金属间化合物，相应地增加了电子引线热浸镀工艺的难度，缩 短了焊料的使用寿命。根据国外文献介绍，Ni可抑制Cu向熔融焊料合金中的 溶解速度及提高Sn-Cu焊料合金的使用寿命；另外，由于Sn-Cu系无铅焊料 合金中的Sn的含量达99%以上，在热浸镀使用过程中与传统Sn60/Pb40焊料 相比会大大增加金属氧化物的产生量。此外，无铅焊料合金的抗氧化性能的提高也是本专利技术要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，解决现有的Sn-Cu无铅焊料合金 在使用时焊料合金表面金属氧化物产生量大、易产生结晶组织(柱状结晶) 偏析问题而提供一种以Sn为基础材料、添加Al、 Ga、 M金属元素组成的热 浸镀锡铜线用无铅焊料合金。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，包括以下化学成分且各化学成分的 重量百分比是Al 0. 01 0. 10% Ga 0. 05 0.腦 Ni 0.02 0.80%其余量为Sn。而且，在焊料合金中加入为焯料合金总重量的0. 01 0. 1%的P。 本专利技术的优点和积极效果是-本专利技术所提供的热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，是在原Sn-Cu系焊料基 础上，通过加入Ni来提高焊料合金凝固结晶组织，流动性及成品率；通过添 加Ga、 Al来降低焊料合金熔点，改善润湿性及热浸镀层抗变色性；通过添加 P来提高焊料合金的抗氧化能力，以保持热浸镀层质量的一致性。本专利技术总体 上在实现电子引线热浸镀后，热浸镀凝固结晶组织致密性、均匀性及抗变色 性均达到目标，为热浸镀的质量一致性提供有效保证，满足热浸镀工艺的实 际需要。具体实施例方式下面结合实施例，对本专利技术进一步说明；下述实施例是说明性的，不是 限定性的，不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。 本专利技术各化学成分的组成及重量百分比是 Al 0. 01 0. 10% Ga 0. 05 0. 10% Ni 0.02 0.腦 其余量为Sn。此外，在焊料合金中还可加入为焊料合金总重量的0. 01 0. 1%的P。 所涉及的热浸镀锡铜线用无铅悍料合金必须要比现有的Sn-C u系焊料合 金具有合适的熔点，润湿性极力学性能。下面说明本专利技术中各添加元素的作 用基理及最佳含量。通过添加A1可改善无铅焊料的强度，降低熔点抑制焊料 与Cu基体界面化合物层成长。如向Sn基体中加入0. 07%A1时可以在热浸镀 工艺中抑制Cu引线基材的熔蚀，与传统Sn-Pb焊料合金相比，热浸镀用无铅 焊料合金有着一系列优点，包括高热导率，低电阻率，机械性能及焊点可靠 性等。在本专利技术中，不仅向Sn基材中加入少量的A1，并还添加了 0. 02 0.8%Ni; 添加Ni的目的是为了控制Sn与Cu反应形成的Cu6Sn5相金属化合物的生长， 并使这些形成的化合物溶解，改变其形态形成(Ni+Cu) 6Sn5。因为Cu与Ni 可以以任何比例固溶，用来控制Sn与Cu的反应，事实证明在Sn-Cu焊料合 金中添加适量Ni可使无铅焊料在凝固中结晶致密，流动性提高，原因是由于 添加Ni后抑制了高熔点的Cu6Sn5金属化合物的柱晶粗大化，使柱晶尺寸显著减小并减少了在熔融焊料合金中Cu6Sn5相的生成量。所以，对热浸镀工艺 时的熔融焊料流动性显著提高，促使热浸镀层表面积的增加，为热浸镀提供 良好条件。Ni含量的最佳优选是0. 02 0. 14%。在焊料合金添加Ni的基础上，又添加了 0. 05 0. 10%的Ga，添加Ga主 要起到二方面的作用 一是通过添加少量的Ga降低焊料合金熔点，改善热浸 镀实际操作温度过高问题，二是通过添加的Ga能与Sn固溶，改善焊料合金 的润湿性及提高热浸镀层的耐高温变色问题，大大提高了热浸镀电子引线的 实用性。Ga含量的最佳优选是0.08 0. 10%。由于焊料合金中Sn含量达99%以上，这样会大大增加无铅焊料合金于表 面氧化物的产生量，直接影响热浸镀电子引线的表面质量。因此，在本专利技术 中，通过添加P阻止无铅焊料合金表面氧化物的产生量。在本专利技术中，通过 添加0. 01 0. 1%的P可以有效地阻止无铅焊料合金表面的氧化程度，因为元 素P的集肤效应在焊料表面形成高度亲氧集肤层薄膜，改变了原疏松的Sn氧 化物结构，形成了一层致密的表面膜，阻止焊料合金直接与周围空气中氧相 互接触(加P后的氧化反应4P+502—2P205; Sn0+P205-SnOP205)，有效阻止无 铅焊料合金表面地进一步的氧化，保证热浸镀工艺及电子引线镀层质量提供 良好的工艺条件。如？添加量<0.01%，对热浸镀焊料浴的防氧化时间短也不 明显；添加>0.1%的P会影响热浸镀焊料的可操作性；同时，也会影响到热 浸镀层的外观。所以，对热浸镀工艺来讲P的重量百分比优选是0.01 0.1呢 最佳优选是0.01 0. 05%。实施例1:一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，是由下列重量百分比的成分组成Al 0.04、 Ga 0.09、 Ni 0.04、 P 0.02、 Sn余量。 实施例2:一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，是由下列重量百分比的成分组成 Al 0.04、 Ga 0.09、 Ni 0.02、 P 0.01 Sn余量。对上述实施例的热浸镀锡铜线无铅焊料合金与传统的Sn-0. 7Cu无铅焊料 合金，进行抗氧化润湿性及外观等实验，具体的实验情况见表l。表1的各种数据充分表明本专利技术所提供热浸镀用无铅焊料合金具有抗 氧化性，抗变色性和优异的热浸镀的实用性。热浸镀层外观金属光泽，外观 金属结晶细致。该无铅焊料合金不仅无毒，无污染，其综合性能优越，而且 价格低廉，能够满足热浸镀工艺及电子引线热浸镀的要求。表1本专利技术实施例与传统Sn-0.7Cu无铅焊料性能比较<table>table see original document page 6</column></row><table>权利要求1. 一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，其特征在于：　包括以下化学成分且各化学成分的重量百分比是：　Ａｌ０．０１～０．１０％　Ｇａ０．０５～０．１０％　Ｎｉ０．０２～０．８０％　其余量为Ｓｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠印，邱鹏，张锡哲，
申请(专利权)人：天津市宏远电子有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]