CN101412159A

CN101412159A - 热浸镀锡铜线用无铅焊料合金

Info

Publication number: CN101412159A
Application number: CNA2008101532683A
Authority: CN
Inventors: 李忠印; 邱鹏; 张锡哲
Original assignee: HONGYUAN ELECTRONIC CO Ltd TIANJIN
Current assignee: HONGYUAN ELECTRONIC CO Ltd TIANJIN
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2009-04-22

Abstract

本发明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。

Description

热浸镀锡铜线用无铅焊料合金

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别是一种热浸镀锡铜线用无铅焊料合金。

背景技术

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℃)。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-0.7Cu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发明要解决的问题。

发明内容：

本发明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、Ni金属元素组成的热浸镀锡铜线用无铅焊料合金。

本发明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 0.05～0.10％

Ni 0.02～0.80％

其余量为Sn。

而且，在焊料合金中加入为焊料合金总重量的0.01～0.1％的P。

本发明的优点和积极效果是：

本发明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。本发明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。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明；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发明的保护范围。

本发明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 0.02～0.80％

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焊料合金必须要比现有的Sn-Cu系焊料合金具有合适的熔点，润湿性极力学性能。下面说明本发明中各添加元素的作用基理及最佳含量。通过添加Al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％Al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。

在本发明中，不仅向Sn基材中加入少量的Al，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，在本发明中，通过添加P阻止无铅焊料合金表面氧化物的产生量。在本发明中，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+5O₂—2P₂O₅；SnO+P₂O₅-SnOP₂O₅)，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P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％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1。

表1的各种数据充分表明：本发明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 本发明实施例与传统Sn-0.7Cu无铅焊料性能比较

Claims

1.一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：

Al 0.01～0.10％

Ga 0.05～0.10％

Ni 0.02～0.80％

其余量为Sn。

2.根据权利要求1所述的热浸镀锡铜线用无铅焊料合金，其特征在于：在焊料合金中加入为焊料合金总重量的0.01～0.1％的P。