CN101643868A

CN101643868A - 一种微合金化锌合金喷金材料

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Publication number: CN101643868A
Application number: CN200910100274A
Authority: CN
Inventors: 戴国水; 钱国统
Original assignee: SHAOXING TIANLONG TIN MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SHAOXING TIANLONG TIN MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-02-10

Abstract

一种微合金化锌合金喷金材料，属金属化薄膜电容器端面喷金用金属材料的制造技术领域，主成分为锌，还同时添加铜，磷，锗，混合稀土金属中的任一种或一种以上的组合物，各组份的组成按质量百分比计分别为：铜0.02～0.2％，磷0.003～0.15％，锗0.003～0.12％，混合稀土金属0.01～0.2％，其余为锌，及总量不大于0.05％的杂质，各组分的质量百分比总和为100％。本发明可以代替相当部分的富锡喷金料，用于中低端金属化薄膜电容器端面喷金，也可以部分替代高端金属化薄膜电容器端面喷金。试验表明，本发明综合力学性能明显优于纯锌材料，其作用类似于微合金化高强度锌丝，有利于稳定喷金过程，减少堵枪现象发生。

Description

一种微合金化锌合金喷金材料

技术领域

本发明涉及一种微合金化锌合金喷金材料，属金属化薄膜电容器端面喷金用金属材料的制造技术领域。

背景技术

锡是电子信息产品必不可少的基础金属材料，随着电子信息产品无铅化的发展，锡的用量日益增加。但锡是一种比较匮乏的稀散金属，在自然界中的含量只有2ppm，因此富锡合金的应用受到限制，从节约资源的角度出发，研究富锡合金的替代品或减少锡合金中的锡含量显得尤为重要。

金属化薄膜电容器是用蒸镀了0.5μm以下锌或铝金属层的塑料薄膜卷绕而成，在两个端面上喷2～3层喷金材料，形成端面喷金层作为电极，并焊接上引线。其端面喷金层采用的是含锡质量百分比60～70％左右的锡锌合金，该合金作为第一代无铅喷金料代替含铅喷金料，已广泛用于各种金属化薄膜电容器，其喷金层形成后48小时内引线焊接的合格率一般在93～96％之间，但由于其高昂的价格，且材料的利用率不超过60％，给电容器制造业带来沉重的成本压力。近几年来，业界研究开发和试用纯锌材料替代价格高昂的锡锌类无铅喷金料已取得了初步成功。锌在自然界中的含量为75ppm，远高于锡，但纯锌是一种极易氧化的金属，纯锌喷金层表面在2-3小时内形成致密连续的氧化膜，在电容器引线焊接时，易产生引线脱落、虚焊等缺陷，严重影响了引线焊接的可靠性，现有较为先进的焊接技术，其喷金层形成48小时内引线焊接的合格率最低降到70％左右。目前电容器从端面喷金到焊接引线的工艺流程一般至少需要48小时，因此，电容器生产厂家不得已，先在电容器端面上喷一层纯锌作为基础喷金层，然后在数小时内再喷一层富锡合金喷金层，以便焊接引线；或全部采用纯锌喷金，在喷金层形成数小时内焊接引线，所产生的引线焊接不合格品(一般为引线脱落)短时间内再用人工补焊，或作废品处理。上述方法会造成工艺复杂化，制约了纯锌作为无铅喷金料的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效提高喷金后的电容器端面喷金层引线焊接可靠性，降低材料成本，减少锡资源消耗的微合金化锌合金喷金材料。

本发明为一种微合金化锌合金喷金材料，主成分为锌，其特征在于还同时添加铜(Cu)，磷(P)，锗(Ge)，混合稀土金属(Re)中的任一种或一种以上的组合物，各组份的组成按质量百分比计分别为：铜(Cu)0.02～0.2％，磷(P)0.003～0.15％，锗(Ge)0.003～0.12％，混合稀土金属(Re)0.01～0.2％，其余为锌(Zn)，及总量不大于0.05％的杂质，各组分的质量百分比总和为100％。

所述铜(Cu)的含量优选可为0.05～0.15％。所述磷(P)的含量优选可为0.007～0.11％。所述锗(Ge)的含量优选可为0.01～0.08％。所述混合稀土金属(Re)的含量优选可为0.05～0.15％。

所述杂质中铁(Fe)的含量可≤0.01％。

研究表明，在纯锌中添加质量百分数为0.02～0.2％的铜，其形成的Cu-Zn和Cu₅-Zn₈等多种金属间化合物，能阻碍合金表面致密氧化膜的快速形成，进而改善喷金层引线焊接的质量，铜的优选含量为0.05～0.15％。

研究表明，在纯锌中添加0.003～0.15％质量百分比的磷，所形成的合金，能有效的减缓合金表面致密氧化膜的形成，使引线焊接合格率大幅度提高。在纯锌中添加0.02～0.2％铜元素的同时，再添加0.003～0.15％质量百分比的磷元素，所形成的合金，能更有效地阻碍合金表面致密氧化膜的形成，进而大幅度提高引线焊接合格率。上述磷元素添加的优选含量为0.007～0.11％。

研究表明，在纯锌中，添加0.003～0.12％质量百分比的锗，所形成的锌锗合金，，能有效减缓合金表面致密氧化膜的形成，有效提高引线焊接合格率。在上述锌锗合金中，再添加0.02～0.2％质量百分比的铜，所形成的锌铜锗合金，由于添加元素的相互作用，其减缓合金表面形成致密氧化膜的效果更佳，其提高引线焊接的合格率效果也更佳。上述锗元素添加的优选含量为0.01～0.08％。

研究表明，在纯锌中添加质量百分比为0.01～0.2％的以镧(La)和铈(Ce)等轻质稀土金属为主的混合稀土金属(Re)，所形成的稀土锌合金，可以有效减缓合金表面形成致密氧化膜，可以作为提高引线焊接合格率的方法之一。在上述锌稀土合金中，再添加质量百分比为0.02～0.2％的铜，所形成的合金，由于混合稀土金属与铜元素的效果叠加效果，其减缓合金表面致密氧化膜形成的效果更佳，能更有效地提高引线焊接效果的合格率。上述混合稀土金属添加的优选含量为0.05～0.15％。

研究表明，本发明中所述杂质中的铁是一种有害元素，铁的存在，不仅会使喷金层与引线焊接可靠性显著降低，还会与锌形成脆性金属间化合物，影响合金线材的加工性能，因此有害杂质铁元素质量百分比含量不大于0.01％。

本发明在纯锌中添加微量的铜、磷、锗、混合稀土金属中的任一种或一种以上组合物的改良元素，以实现部分或大部分替代富锡喷金料，是本发明区别于其他金属化薄膜电容器端面喷金用金属材料的关键创新点。本发明经优化设计及多次试验比较，表明本发明可以代替相当部分的富锡喷金料，用于中低端金属化薄膜电容器端面喷金，也可以部分替代高端金属化薄膜电容器端面喷金。试验还表明，本发明综合力学性能明显优于纯锌材料，其作用类似于微合金化高强度锌丝，有利于稳定喷金过程，减少堵枪现象发生。

本发明与现有技术相比，还具有较佳的金属化薄膜电容器端面喷金层引线焊接可靠性，可以适用于在现有电容器制造设备和工艺条件下实现无锡化材料喷金，延缓喷金层表面致密氧化膜的形成，以改进现有纯锌喷金层48小时内引线焊接的可靠性，有效降低材料成本，减少锡资源的消耗，为金属化薄膜电容器端面实现无锡化喷金，提供了一种性价比较优的新型电子基础材料。

具体实施方式

以下将本发明37个实施例与现有常规产品纯锌喷金材料和锡锌类无铅喷金料2个对比例各组份的组成及各项性能指标对比列表如下，以进一步说明本发明的优异性能。

本发明实施例和对比例各参数对比表

从实施例2、3、4中，我们可以看到，在纯锌中添加铜元素，虽然可以改善喷金层引线焊接的质量，但在喷金层形成后48小时内焊接引线的合格率最低在81.3～94.50％之间，与含锡喷金料的合格率相比，仍有较大的差距。因此含铜的微合金化锌合金喷金材料，只适合于低端、大规格、产品批量不大的金属化薄膜电容器端面喷金，如规格较大的电力电容器等产品。

从实施例7、8中，我们可以看到，在纯锌中添加磷元素，其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线的合格率最低在90.10～95.15％之间，该合格率能满足中低端电容器的生产要求。

从实施例10、11、12中，我们可以看到，在纯锌中添加铜和磷元素，其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线合格率最低在92.33～95.41％之间，基本达到富锡喷金料的合格率，用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金。

从实施例14、15、16中，我们可以看到，在纯锌中添加锗元素，其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线的合格率最低在92.3～95.33％之间，该合格率能满足中低端电容器的生产要求。

从实施例18、19、20中，我们可以看到，在纯锌中添加锗和铜元素，所形成的锌铜锗合金，其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线的合格率最低在92.92～95.85％之间，基本接近富锡喷金料的合格率，用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金。

从实施例22、23、24中，我们可以看到，在纯锌中添加镧(La)和铈(Ce)等轻质稀土金属为主的轻质混合稀土元素(RE)，其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线的合格率最低在91.12～94.71％之间，适合于低端、大规格、产品批量不大的金属化薄膜电容器端面喷金，如规格较大的电力电容器等产品。

从实施例26、27、28中，我们可以看到，在纯锌中添加铜的基础上，再添加镧(La)和铈(Ce)等轻质稀土金属为主的轻质混合稀土元素(RE)，其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线合格率最低在92.95～95.10％之间，基本接近富锡喷金料的合格率，可用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金。

从实施例29、30、31中，我们可以看到，在纯锌中同时添加轻质混合稀土元素(RE)和磷元素，添加其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线合格率最低在92.14～95.38％之间，基本接近富锡喷金料的合格率，可用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金。

从实施例32、33、34中，我们可以看到，在纯锌中同时添加轻质混合稀土元素(RE)和锗元素，添加其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线合格率最低在93.08～95.63％之间，基本接近富锡喷金料的合格率，可用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金。

从实施例35、36、37中，我们可以看到，在纯锌中同时磷和锗元素，添加其最佳组分合金在形成喷金层的48小时内，焊接引线合格率最低在93.27～95.83％之间，基本接近富锡喷金料的合格率，可用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金，可用于中高端金属化薄膜电容器端面喷金。

本发明不局限于上述实施例，可以根据不同的性能要求和金属化薄膜电容器产品，选择下述实施例中的不同配比，或除下述各实施例以外的不同配比，来达到生产和使用厂商的要求，但不均以任何形式限制本发明的范围。

Claims

1、一种微合金化锌合金喷金材料，主成分为锌，其特征在于还同时添加铜，磷，锗，混合稀土金属中的任一种或一种以上的组合物，各组份的组成按质量百分比计分别为：铜0.02～0.2％，磷0.003～0.15％，锗0.003～0.12％，混合稀土金属0.01～0.2％，其余为锌，及总量不大于0.05％的杂质，各组分的质量百分比总和为100％。

2、按权利要求1所述的一种微合金化锌合金喷金材料，其特征在于所述铜的含量为0.05～0.15％。

3、按权利要求1所述的一种微合金化锌合金喷金材料，其特征在于所述磷的含量为0.007～0.11％。

4、按权利要求1所述的一种微合金化锌合金喷金材料，其特征在于所述锗的含量为0.01～0.08％。

5、按权利要求1所述的一种微合金化锌合金喷金材料，其特征在于所述混合稀土金属的含量为0.05～0.15％。

6、按权利要求1所述的一种微合金化锌合金喷金材料，其特征在于所述杂质中铁的含量≤0.01％。