CN100413633C - 一种抗氧化的锡铅系合金焊料 - Google Patents
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Abstract
一种抗氧化的锡铅系合金焊料，其特征在于：所述焊料中含有微量元素锗，含量范围在0.001到小于0.01%。本发明焊料合金主要优点是具有普通锡铅系合金的所有基本性能，以及在高温下液态合金的抗氧化能力较强的特点。本发明可用于各种焊料产品，如母合金、焊条块、焊丝、微型焊球、焊粉和焊膏的制备。可以广泛地应用于电子工业、宇航及通用工程。
Description
技术领域：
本发明涉及焊接领域的焊料合金，特别提供了一种具有良好的液面抗氧化性能的Sn-Pb-X、Sn-Pb-Ag-X及Sn-Pb-Sb-X(其中X指P或Ge)合金焊料。
背景技术：
软钎焊是一项十分古老而实用的技术，主要采用锡铅合金为基础的体系。由于锡铅焊料在铜及铜合金、钢上具有较好漫流性，同时熔点低、抗蚀性能好，并且有一定的强度和良好的导电性及良好的力学性能和工艺性能，所以现在被广泛使用在电子工业中(占焊料总消费量的70％以上)。此外，还大量使用于仪器仪表电气制造业、汽车工业、食品工业和其它机械制造业。从焊料的组分来看，大多数焊料合金都是锡、铅二元合金的简单组合，含锡量由5～95％变化，其中以含锡40～63％的应用最广泛。根据性能的要求，有时在锡、铅二元合金中添加少量的银或锑，以改进其在不同母材上的润湿性能和合金本身的力学性能。由于这类合金的使用具有悠久的历史，生产中积累了大量的实际应用经验，原料来源丰富，成本低廉，故应用非常广泛。
锡铅系合金焊料在实际使用过程中存在的一个主要问题是在高温下严重的表面氧化现象，后者直接影响由其制造的器件的可靠性。特别是在波峰焊中，若不用氮气保护，液态的合金在高温下表面很快被空气氧化，而表面氧化膜形成锡渣，必须不断地用人工仔细地去除，否则一旦氧化渣漂移并粘附到焊接区域，将导致严重的焊点焊接不良，造成焊接废品，此外大量氧化渣的去除也导致焊锡合金的迅速损耗，使生产成本上升。而用氮气保护则会大大提高生产成本。因而提高目前所使用的锡铅系合金焊料的抗氧化性能具有较重要的实用价值。
为提高锡铅焊料的抗氧化性能，有的企业采用电解锡、及电解铅作原料，脱除焊料中的有害杂质，清除易与氧结合的造渣元素；或控制焊料中的杂质水平，将纯锡和纯铅经过脱氧处理后，制备焊料合金。但是这些对原料的提纯及脱氧处理技术，并不能从根本上改善焊料中的锡与空气中的氧的相互作用，进而提高现有锡铅焊料的抗氧化性能。为此，中国专利(CN85 1 00578 B)曾提供了一种通过添加贵金属铟和稀土元素的合金，以提高锡铅焊料抗氧化性的方法，但铟的价格很贵，合金的原料成本较高，因此难以实用化。
发明内容：
鉴于上述现有技术的实际情况，本发明的目的是提供一种抗氧化的锡铅系合金焊料，其在不改变原有锡铅系合金焊料性能的前提下，具有良好的液面抗氧化能力，从而提高焊料的使用性能，并且成本较低，适于使用。
本发明提供了一种抗氧化的锡铅系合金焊料，含有，按重量百分比计(除特殊指定外，本发明中均采用重量百分比)：Pb 30～95，余量为Sn；
其特征在于：所述焊料中含有微量元素锗，含量范围在0.001到小于0.01％。
本发明提供的抗氧化的锡铅系合金焊料中，所述焊料中还可以含有磷，含量为P0.001～0.2％。
本发明提供的抗氧化的锡铅系合金焊料中，所述焊料中还可以含有银，含量为Ag0.001～3％。
本发明提供的抗氧化锡铅系合金焊料可以用于制备焊料母合金、焊条块、焊丝、焊球、焊粉或焊膏。
本发明提供的抗氧化合金Sn-Pb-X、Sn-Pb-Ag-X焊料。可以选择一种普通的熔炼技术进行合金化，将配制的各种合金元素加入熔化的Sn中并使之均匀化，凝固后获得母合金；本发明合金成份中X为微量元素(P或Ge)；除了显著增加合金的抗氧化作用外，这些微量元素对合金的其它物理性能，如熔点、密度、热膨胀系数等影响不大，因此本发明是锡铅系焊料的一种改进型产品。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明在传统的锡铅系合金焊料的基础上添加了微量的合金元素(P或Ge)、故合金的基本物理性能变化很小，与现有的焊接工艺相容性好，易于获得推广使用。
2、本发明添加了微量元素P或Ge后，能够使合金在熔融状态条件下，表面的抗氧化能力提高，在焊接温度和大气条件下，合金具有很好的抗氧化的能力。
3、本发明合金中化学成分种类较少，不仅可以保合金成分的最简化，还易于焊料的回收，降低生产成本。
4、适用范围广。本发明可以用常规技术制成各种焊料产品，如焊料母合金，焊条块，焊丝，微型焊球，焊粉和焊膏，本发明特别适用干微电子工业中的电子封装技术。
具体实施方式：
下面结合实施例进一步详述本发明。当然，本发明不局限于下述具体成份。
实施例1：
配置Pb37％，P0.06％，其余为Sn的锡铅共晶合金，选择普通熔炼技术进行合金化，获得母合金，再将母合金置于一敞口坩埚中，在大气压下加热熔化直至250℃，刮去液面浮渣，并在此温度下长期保温，观察合金熔体液面颜色的变化，以评价合金抗高温氧化的效果。结果发现在250℃下保温5小时，此合金仍可保持液面光亮。合金自高温冷到室温后，表面光亮，是银白色，表明该合金具有良好的抗氧化性。
实施例2：
配置Pb37％，Ge0.01％，其余为Sn的锡铅共晶合金，按实施例1的方法进行试验，结果发现在250℃下保温5小时，此合金仍可保持液面光亮。合金自高温冷到室温后，表面光亮，呈银白色，表明该合金具有良好的抗氧化性。
实施例3：
配置Pb36％，Ag2％，Ge0.1％，其余为Sn的锡铅共晶合金，按实施例1的方法进行试验，结果发现在250℃下保温5小时，此合金仍可保持液面光亮。合金自高温冷到室温后，表面光亮，呈银白色，表明该合金具有良好的抗氧化性。
实施例4：
配置Pb37％，Sb0.3％，Ge0.005％，其余为Sn的锡铅共晶合金，按实施例1的方法进行试验，结果发现在250℃下保温5小时，此合金仍可保持液面光亮。合金自高温冷到室温后，表面光亮，呈银白色，表明该合金具有良好的抗氧化性。
实施例5：
配置Pb63％，Sb2％，P0.005％，Ge0.005％，其余为Sn的锡铅共晶合金，按实施例1的方法进行试验，结果发现在250℃下保温5小时，此合金仍可保持液面光亮。合金自高温冷到室温后，表面光亮，呈银白色，表明该合金具有良好的抗氧化性。
比较例：
配置Pb37％，其余为Sn的锡铅共晶合金，按实施例1的方法进行试验，结果发现在250℃下保温10分钟，液面已明显氧化，保温1小时，液面氧化膜已逐渐由淡黄色变为灰紫色，氧化膜较厚，刮去表层氧化膜，露出光亮液面后，随即将合金自高温冷到室温后，表面有明显的氧化膜，为淡黄色。表明该合金在此温度下抗氧化性不好。
Claims (4)
1. 一种抗氧化的锡铅系合金焊料，含有，按重量百分比计：Pb 30～95，余量为Sn；
其特征在于：所述焊料中含有微量元素锗，含量为0.005％。
2. 按照权利要求1所述抗氧化的锡铅系合金焊料，其特征在于：所述焊料中含有磷，含量为0.06、或0.005％。
3. 按照权利要求1或2所述抗氧化的锡铅系合金焊料，其特征在于：所述焊料中含有银，含量为2％。
4. 权利要求1～3之一所述的合金焊料用于制备焊料母合金、焊条块、焊丝、焊球、焊粉或焊膏。
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