CN101058133A

CN101058133A - 一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金

Info

Publication number: CN101058133A
Application number: CN 200710041687
Authority: CN
Inventors: 陈跃华; 林俊
Original assignee: SHANGHAI HUASHI NANO MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUASHI NANO MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2007-10-24

Abstract

一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：1.5－2.5％的Ag、0.1－0.8％的Cu、0.01－0.5％的Ni、0.001－0.1％的P、0－0.01％的Bi，以及余量的Sn和不可避免的杂质。该SnAgCuNi系无铅焊锡合金不含有任何铅的成分，更为环保；其熔点在220℃左右，和SnAgCu焊锡相当；热、电学性能与传统合金相当，而且润湿性良好，以及焊点的抗拉强度、韧性、延展性和抗蠕变性能等机械性能与锡铅合金相当；成本较低，可替代现有锡铅焊锡。

Description

一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金

技术领域

本发明涉及合金领域，具体地说是一种无铅焊锡合金。

背景技术

随着欧盟WEEE与RoHS的两个指令的实施以及国内电子产品污染防治办法的出台，国内电子制造业与焊锡制造业的全面无铅化将越来越紧迫，开发无铅焊锡，势在必行。为确保无铅焊锡的可焊性及焊后的可靠性，并要考虑到成本等问题，目前研发、应用无铅焊锡主要面临以下问题：(1)无铅焊锡的熔点要低，要尽量接近63Sn37Pb合金的熔点183℃，大致在183℃-220℃之间。熔点过高就对电子元器件和PCB板的耐温性提出了更高的要求，增加了PCB板和电子元器件的生产难度和成本。(2)要求热传导率、导电率要与63Sn/37Pb合金相当，润湿性良好，焊点的抗拉强度、韧性、延展性及抗蠕变性能等机械性能良好。(3)成本尽可能降低，为适应电子电器等工业部门大规模广泛使用，比较理想的价位是控制在锡铅合金的1.5-2倍范围内，焊锡低毒性，甚至无毒。要与现有的设备、工艺兼容，焊后对各焊点检修容易，材料供应应保证充分。(4)无铅焊锡在使用过程中，与线路板的铜基、所镀的无铅焊锡、元器件管脚或其表面的无铅焊锡要有良好的钎合性能。(5)新开发的无铅焊锡尽量与各类助焊剂相匹配，并且兼容性要尽可能的强。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有技术的不足，提供一种润湿性能良好、焊接质量较高的SnAgCuNi系无铅焊锡合金，该焊锡的成本相对较低并且具有可取代现有锡铅焊锡的性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

1.5-2.5％的Ag、0.1-0.8％的Cu、0.01-0.5％的Ni、0.001-0.1％的P、0-0.01％的Bi，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

具体的讲，所述SnAgCuNi系无铅焊锡合金的组成按重量百分比计为：

1.5％的Ag、0.5％的Cu、0.5％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

所述SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

所述的SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

2.0％的Ag、0.8％的Cu、0.1％的Ni、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

2.5％的Ag、0.1％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

2.5％的Ag、0.8％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的Bi、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。

本发明的无铅焊锡是以Sn为主体，添加一定比例的Ag可增加焊锡的润湿性能，提高焊锡的焊接强度和焊点的延伸率。由于焊接所用之母材多数情况下为Cu基板，因此添加Cu有提高焊接强度的作用。本发明中添加Ni可抑止焊后焊点金属化合物层的长大，提高焊点的抗疲劳强度。此外由于焊锡中含有大量的Sn，会增加金属氧化物的产生量，通过添加P可以抑制Sn与氧结合产生的金属氧化物，提高焊接作业的操作性，提高焊接质量。此外本发明中还添加了微量的Bi元素，Bi的添加使Sn与Cu原子之间的作用加强，促进了Sn在Cu基板上的润湿性能，增加焊锡的可焊性。

该SnAgCuNi系无铅焊锡合金可以采用先制备各种焊锡中间合金，然后加热混熔的方式得到。其采用的设备包括真空中频感应熔炼炉和石墨坩埚，在真空状态下将一定比例的Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Bi、Sn-P混合物热熔，出炉铸成各焊锡的两组分中间合金，然后将剩余锡与Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Bi中间合金热熔，再在稍低温度下加入Sn-P中间合金，出炉在锡条机上冷却浇铸，得到高纯度、混合度较高的焊锡合金棒。

本发明的有益效果在于，该SnAgCuNi系无铅焊锡合金不含有任何铅的成分，更为环保；其熔点在220℃左右，和SnAgCu焊锡相当；热、电学性能与传统合金相当，而且润湿性良好，以及焊点的抗拉强度、韧性、延展性和抗蠕变性能等机械性能与锡铅合金相当；成本较低，可替代现有锡铅焊锡。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。

图1是实施例1中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

图2是实施例2中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

图3是实施例3中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

图4是实施例4中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

图5是实施例5中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

图6是实施例6中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

图7是对比例中无铅焊锡合金在升温过程中的差示扫描量热(DSC)曲线。

具体实施方式

实施例1 SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其各重量百分比组成为：1.5％的Ag、0.5％的Cu、0.5％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。其制备方法如下：先按如下重量取各原料：1.5重量份的Ag、0.5重量份的Cu、0.5重量份的Ni、0.01重量份的Bi、0.01重量份的P、97.28重量份的Sn。

在真空中频感应熔炼炉中以70∶30的重量百分比例制备Sn-Ag合金，升温至1100℃并保温30分钟，出炉冷却铸成锡银合金锭。

在真空中频感应熔炼炉中以70∶30的重量百分比例制备Sn-Cu合金，升温至1200℃并保温30分钟，出炉冷却铸成锡铜合金锭。

在真空中频感应熔炼炉中以95∶05的重量百分比例制备Sn-Ni合金，升温至1600℃并保温30分钟，出炉冷却铸成锡镍合金锭。

在真空中频感应熔炼炉中以80∶20的重量百分比例制备Sn-Bi合金，升温至500℃并保温30分钟，出炉冷却铸成锡铋合金锭。

在真空中频感应熔炼炉中以99∶01的重量百分比例制备Sn-P合金，升温至500℃并保温30分钟，出炉冷却铸成锡磷合金锭。

将Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Bi中间合金再加上剩余的锡，加入中频感应熔炼炉的石墨坩埚内加热升温至500℃保温30分钟，将熔炼的焊锡合金从500℃降温至350℃并加入Sn-P中间合金，搅拌均匀，出炉，在锡条机上冷却浇铸得到该SnAgCuNi系无铅焊锡合金。

采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图1，从图中看出，该无铅焊锡合金的熔化温度中，固相线和液相线温度分别为216.0℃和224.7℃。采用该焊锡合金进行PCB板元件焊接实验，其具有良好的润湿性能和抗氧化性能，其机械性能优于现有含铅锡焊合金的国家标准。。

实施例2 该无铅焊锡合金的重量百分比组成为：2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质，其制备方法同实施例1。

采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图2，从图中看出，该无铅焊锡合金的熔化温度中，固相线和液相线温度分别为220.3℃和221.8℃。采用该焊锡合金进行PCB板元件焊接实验，其具有良好的润湿性能和抗氧化性能，其机械性能优于现有含铅锡焊合金的国家标准。

实施例3 该无铅焊锡合金的重量百分比组成为：2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。其制备方法同实施例1，焊锡合金中不加入Sn-Bi中间合金。

采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图3，从图中看出，该无铅焊锡合金的熔化温度中，固相线和液相线温度分别为221.8℃和223.3℃。采用该焊锡合金进行电路元件焊接实验，其具有良好的润湿性能和抗氧化性能，其机械性能优于现有含铅锡焊合金的国家标准。

实施例4 该无铅焊锡合金的重量百分比组成为：2.0％的Ag、0.8％的Cu、0.1％的Ni、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。其制备方法同实施例1，焊锡合金中不加入Sn-Bi中间合金。

采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图4，从图中看出，该无铅焊锡合金的熔化温度中，固相线和液相线温度分别为219.7℃和222.3℃。采用该焊锡合金进行电路元件焊接实验，其具有良好的润湿性能和抗氧化性能，其机械性能优于现有含铅锡焊合金的国家标准。

实施例5 该无铅焊锡合金的重量百分比组成为：2.5％的Ag、0.1％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。其制备方法同实施例1。

采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图5，从图中看出，该无铅焊锡合金的熔化温度中，固相线和液相线温度分别为217.2℃和224.4℃。采用该焊锡合金进行电路元件焊接实验，其具有良好的润湿性能和抗氧化性能，其机械性能优于现有含铅锡焊合金的国家标准。

实施例6 该无铅焊锡合金的重量百分比组成为：2.5％的Ag、0.8％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的Bi、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的杂质。其制备方法同实施例1。

采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图6。从图中看出，该无铅焊锡合金的熔化温度中，固相线和液相线温度分别为220.7℃和222.6℃。采用该焊锡合金进行电路元件焊接实验，其具有良好的润湿性能和抗氧化性能，其机械性能优于现有含铅锡焊合金的国家标准。

对比例该无铅焊锡合金的重量百分比组成为：Ag3.0％、Cu0.5％，其余为Sn。其制备方法是采用实施例1的方法得到Sn-Ag和Sn-Cu中间按合金，然后采用实施例1的方法混熔得到该无铅焊锡合金。采用热分析仪器对制备的无铅焊锡合金进行热分析，得到差示扫描量热(DSC)曲线见附图7。

将上述实施例1至实施例6以及对比例中所制造的无铅焊锡合金进行各项性能测试，其熔点、铺展率、延伸率、抗拉强度如下表所示：

在研究说明书后，本领域的技术人员可理解本发明的许多改变、修改、变化以及其他用途和应用。不背离本发明宗旨和范围的所有这些改变、修改、变化以及其他用途和应用，均被认为由本发明所覆盖。

Claims

1、一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

1.5-2.5％的Ag

0.1-0.8％的Cu

0.01-0.5％的Ni

0.001-0.1％的P

0-0.01％的Bi

以及余量的Sn和不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

1.5％的Ag

0.8％的Cu

0.5％的Ni

0.01％的Bi

0.01％的P

以及余量的Sn和不可避免的杂质。

3、根据权利要求1所述的一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.0％的Ag

0.5％的Cu

0.01％的Ni

0.01％的Bi

0.01％的P

以及余量的Sn和不可避免的杂质。

4、根据权利要求1所述的一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.0％的Ag

0.5％的Cu

0.2％的Ni

0.01％的P

以及余量的Sn和不可避免的杂质。

5、根据权利要求1所述的一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.0％的Ag

0.8％的Cu

0.1％的Ni

0.03％的P

以及余量的Sn和不可避免的杂质。

6、根据权利要求1所述的一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.5％的Ag

0.1％的Cu

0.01％的Ni

0.01％的Bi

0.01％的P

以及余量的Sn和不可避免的杂质。

7、根据权利要求1所述的一种SnAgCuNi系无铅焊锡合金，其特征在于，其组成按重量百分比计为：

2.5％的Ag

0.8％的Cu

0.2％的Ni

0.01％的Bi

0.03％的P

以及余量的Sn和不可避免的杂质。