CN101456103A

CN101456103A - 一种无铅软钎焊料及其制造方法

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Publication number: CN101456103A
Application number: CNA2008102193319A
Authority: CN
Inventors: 苏明斌; 苏传港; 苏燕旋; 苏传猛; 何繁丽; 郭黎
Original assignee: Gaoxin Tin Industry (Huizhou) Co Ltd
Current assignee: Gaoxin Tin Industry (Huizhou) Co Ltd
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2009-06-17

Abstract

本发明公开了一种用于印刷线路板焊接的无铅软钎焊料，按重量百分比计，包含有以下成份：铜Cu 0.1％～2.5％、锑Sb 4.1％～6％、镍Ni 0.005％～3.0％和余量的锡Sn。在焊料合金中还可进一步加入0.001％～0.05％的镓Ga和/或磷P。所述的无铅软钎焊料合金采用熔点和价格相对低的几种金属改善焊料合金的高温性能、抗氧化性能等，在保证焊料合金的良好焊接性能基础上，大大降低了企业生产成本，具有良好的经济效益；而且所述焊料合金的制造方法简单，工业上易实现。

Description

一种无铅软钎焊料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种焊接材料，具体是指一种以锡为基料配合低成本金属制成的具有良好性能的无铅软钎焊料。

背景技术

钎焊在工业上指采用比母材溶化温度低的焊料，操作温度采用低于母材固相而高于焊料液相线的一种焊接技术，根据焊料液相线温度的高低分为软钎焊和硬钎焊两种。软钎焊是一种低温结合工艺，与硬钎焊相比它具有以下特点：(1)软钎焊可用烙铁、喷灯等普通热源进行钎焊，操作容易；(2)加热温度低，母材金属的组织性能变化不大，可以使铜铝构件以任何方式焊接，其可能发生的膨胀、强度变化和变形都较小；(3)钎焊生产率高，一次性能焊接几十至几千个焊缝，易于实现自动化生产。

目前电子行业中常用的软钎焊料是锡铅合金，由于锡铅合金具有良好的润湿性和导电性，焊接性能很好且成本低，因此得到广泛应用。但铅及其化合物对环境污染很大，会危害人类及生物体健康。因此，在电子工业中很需要一种无铅软钎焊料来代替传统的锡铅焊料。无铅焊料不仅要有好的焊接性能，有些还要求焊料的焊点要亚光，以减少光对眼睛的刺激；有些要求焊料能满足线路板二次焊接。二次焊接是指采用熔点较高的合金将一些组件焊接在印刷电路板上，然后以具有较低熔点的焊料将另外的组件焊接在印刷电路板的相同面上或另一面上，而不致使第一种组件脱落。这就要求第一次焊接的焊料熔点要尽量高。

中国专利公告号为CN1242869C的发明专利公开了一种无铅焊料，其按重量百分比为：银Ag：1.8％％～2.2％、锑Sb：0.5％～1.0％、铜Cu：1.0％～3.0％、铟In：0.6％～3.0％和余量为锡Sn组成。公告号为CN1252842A的无铅焊料，其按重量％比为：银Ag：1.0％％～3.0％、锑Sb：0～4.0％、铜Cu：0～2.0％、鉍Bi：15％～30％和余量为锡Sn组成；公告号为CN1475327的无铅焊料，其按重量百分比为：银Ag：0.01％％～0.5％、锑Sb：0.01～0.5％、铜Cu：2.0～5.0％、铟In：0.002％～0.2％、镍Ni：0.01～0.5％、镓Ga：0.002％～0.1％、磷P：0.002％～0.1％、铼Re：0.01％～2.0％和余量为锡Sn组成。这些无铅焊料的熔点都相对低，而且其中含有的银、铟，这两种金属世界矿产资源少，价格相对高，且鉍含量高，焊接后焊点易剥粒。

发明内容

本发明需解决的问题是提供一种制造方法简单、成本低且性能好的无铅软钎焊料。

为了解决上述问题本发明所采用的技术方案是：提供一种无铅软钎焊料，以锡Sn为基底，还含有以下按重量百分比计的成份：铜Cu0.1％～2.5％、锑Sb4.1％～6％、镍Ni0.005％～3.0％。

优选的方案为：在所述焊料中进一步加入按重量百分比计为0.001％～0.05％的磷P和/或镓Ga。该P和/或Ga组份的添加份量以Cu、Sb、Sn、Ni、P和Ga总重量为基准计算。

本发明所述的无铅软钎焊料有四种组成方式，即由Sn、Cu、Sb、Ni或Sn、Cu、Sb、Ni、P或Sn、Cu、Sb、Ni、Ga或Sn、Cu、Sb、Ni、P、Ga按一定重量百分比组成。

本发明所述的无铅软钎焊料的制造方法，其步骤如下：

(1)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入铜，待铜融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出；

(2)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入锑，待锑熔化用搅拌棒搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭再取出；

(3)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入镍，待镍熔化并搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭再取出；

(4)将上述步骤中制得的三种合金锭、镓、磷及余量的锡按铜Cu 0.1％～2.5％、锑Sb 4.1％～6％、镍Ni 0.005％～3.0％和0.001％～0.05％的镓Ga和/或磷P、余量为锡Sn的配方比加入不锈钢锅内进行熔炼，制成焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。

本发明的有益效果在于：所述的软钎焊料合金中不含铅这种对人体有害的物质，满足了电子产品的无铅化焊接要求；合金中采用熔点和价格相对低的金属改善焊料合金的高温性能、抗氧化性能等并使焊料适合于线路板的二次焊接，具有良好的经济效益；而且所述焊料合金的制造方法简单，易于在工业上实现。

具体实施方式

本发明所公开无铅软钎焊料，以Sn为基底，另包含有以下按重量百分比计的成份：Cu 0.1％～2.5％、Sb 4.1％～6％、Ni 0.005％～3.0％。优选的，在所述焊料中进一步加入按重量百分比计为0.001％～0.05％的磷P和/或镓Ga。

在以Sn为主要原料的无铅焊料合金中加入Cu，可以增加焊料的机械强度。但Cu的含量不能很大，因为Cu熔点较高，如果Cu含量大会显著增加焊料的融化温度，减少焊料的润湿性。因此本发明以增加焊料的机械强度而基本不影响焊料润湿性为前提，将Cu重量百分比含量定为0.1％～2.5％。

本发明中锑Sb可以改善焊料的高温性能，同时锑的添加也使焊接后的焊点呈现亚光。现有技术中，通常添加金属银以达到使焊点亚光的作用，但银价格较高。锑和银相比，具有熔点低、价格便宜，便于加工制造的优点。Ni的添加，有利于细化焊料合金，减少焊接时焊点桥连现象的发生。

举例来说，按照目前市场价格：Sn：120～150元/Kg，Ag：3000～4000元/Kg，Sb：20～30元/Kg来计算，以无铅焊料常用规格(Sn3Ag0.5Cu)来计算，焊料成本大约为200～600元/Kg，而本发明所述的焊料合金(SnSb CuNi)成本只有100～130元/Kg，可见成本差距巨大。

优选的，在上述焊料合金中还可以加入P和/或Ga两种金属，这两种物质的添加，可以改进焊料的浸润性。同时P和/或Ga在熔融的焊料锅内能净化液面，减少焊料锅表面金属氧化物的产生，从而降低焊料使用成本。

但是焊料合金中P、Ga成分过多时会在融化的焊料表面形成具有粘性的氧化层，引起焊接接头桥连等不良现象，妨碍焊接质量。因此这两种金属的的添加量定于P或Ga或两者之和(以Cu、Sb、Sn、Ni、P和Ga总重量为基准计算)为0.001％～0.05％。

本发明所述的无铅软钎焊料的制造方法，其具体步骤如下：

(1)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，一般升温至1000～1200℃时加入铜，加入的铜量一般占锡铜合金总重量的5％～15％，以便于熔炼；待铜融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出；

(2)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，一般升温至600～1000℃时加入锑，加入的锑量一般占锡锑合金总重量的40％～60％，待锑熔化用搅拌棒搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭再取出；

(3)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，一般升温至1500～1800℃时加入镍，加入的镍量一般占锡镍合金总重量的2％～5％，待镍熔化并搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭再取出；

上述前三个步骤中，合金熔炼成液态后，一般静置30～40分钟后浇铸。

须声明的是，该方法中所用的原料均为工业精制原料。

所述焊料合金锭熔炼过程中均采用热导性好且耐高温的石墨坩埚，同时石墨坩埚化学性能稳定，可以保证被熔炼物质的纯度。

本发明所述的无铅软钎焊料可制成各种形态，包括但不限于上述所列举的焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。

实施例1：

将90Kg精锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温至1100℃，加入10Kg精铜，用木制搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置30分钟后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出；

再向石墨坩埚内投入50Kg精锡进行熔化，熔后升温至600℃～1000℃，加入50Kg纯锑，待锑熔化并搅拌均匀，静置30分钟后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭取出；

再向石墨坩埚内投入57Kg精锡进行熔化，熔后升温至1600℃左右，投入3Kg纯镍，待镍熔化并搅拌均匀，静置30分钟后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭取出；

将上述配制成的三种合金锭、镓及锡按重量百分比计，锑：4.1％、铜：0.6％、镍：0.05％、镓：0.001％和余量为锡，加入不锈钢锅内进行熔炼，配置成无铅焊料合金。

实施例2：

取实施例1所配制的三种合金锭、镓及锡按重量百分比计配制成：锑：4.8％，铜：0.1％，镍：3.0％；镓：0.05％和余量为锡的无铅焊料。

实施例3：

取实施例1配制的三种合金锭、镓及锡按重量百分比计配制成：锑：6.0％，铜：2.5％，镍：1.5％；镓：0.03％和余量为锡的无铅焊料。

实施例4：

取实施例1所配制的三种合金锭、镓、磷及锡按重量百分比计配制成：锑：4.5％，铜：0.8％，镍：0.5％、磷：0.02％，镓：0.001％和余量为锡的无铅焊料。

实施例5：

取实施例1所配制的三种合金锭、镓、磷及锡按重量百分比计配制成：锑：4.1％，铜：0.1％，镍：3.0％、磷：0.001％，镓：0.05％和余量为锡的无铅焊料。

实施例6：

取实施例1所配制的三种合金锭、镓、磷及锡按重量百分比计配制成：锑：6.0％，铜：2.5％，镍：0.05％、磷：0.05％，镓：0.001％和余量为锡的无铅焊料。

实施例7：

取实施例1所配制的三种合金锭、磷及锡按重量百分比计配制成：锑：5.5％、铜：1.0％、镍：0.005％、磷：0.001％和余量为锡的无铅焊料。

实施例8：

取实施例1所配制的三种合金锭、磷及锡按重量百分比计配制成：锑：4.1％、铜：2.5％、镍：1.5％、磷：0.05％和余量为锡的无铅焊料。

实施例9：

取实施例1所配制的三种合金锭、磷及锡按重量百分比计配制成：锑：6.0％、铜：0.1％、镍：3.0％、磷：0.03％和余量为锡的无铅焊料。

实施例10：

取实施例1所配制的三种合金锭及锡按重量百分比计配制成：锑：6.0％、铜：0.1％、镍：1.0％和余量为锡的无铅焊料。

实施例11：

取实施例1所配制的三种合金锭及锡按重量百分比计配制成：锑：4.5％、铜：1.0％、镍：0.01％和余量为锡的无铅焊料。

实施例12：

取实施例1所配制的三种合金锭及锡按重量百分比计配制成：锑：4.1％、铜：2.5％、镍：1.5％和余量为锡的无铅焊料。

从上述12个实施例所得的无铅焊料合金中取六种进行性能测试，结果如下：

Claims

1、一种无铅软钎焊料，以锡Sn为基底，按重量百分比计，还含有：铜CuO.1％～2.5％、锑Sb4.1％～6％、镍Ni0.005％～3.0％。

2、根据权利要求1所述的无铅软钎焊料，其特征在于：所述焊料中还含有按重量百分比计为0.001％～0.05％的磷P和/或镓Ga。

3、一种无铅软钎焊料的制造方法，步骤为：

(4)将上述步骤中制得的三种合金锭、镓、磷及余量的锡按铜CuO.1％～2.5％、锑Sb4.1％～6％、镍NiO.005％～3.0％和0.001％～0.05％的镓Ga和/或磷P、余量为锡Sn的配方比加入不锈钢锅内进行熔炼，制成焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。

4、根据权利要求3所述的无铅软钎焊料，其特征在于：所述步骤(1)中锡熔后升温至1000～1200℃时加入铜，加入的铜量占锡铜合金总重量的5％～15％。

5、根据权利要求3所述的无铅软钎焊料，其特征在于：所述步骤(2)中锡熔后升温至600～1000℃时加入锑，加入的锑量占锡锑合金总重量的40％～60％。

6、根据权利要求3所述的无铅软钎焊料，其特征在于：所述步骤(3)中锡熔后升温至1500～1800℃时加入镍，加入的镍量占锡镍合金总重量的3％～5％。

7、根据权利要求3所述的无铅软钎焊料，其特征在于：所述步骤(1)、(2)、(3)中合金熔炼成液态后均静置30～40分钟