CN101879667A - 通用型低银无铅电子钎料 - Google Patents

Abstract

本发明的通用型低银无铅电子钎料，涉及冶金领域，旨在解决传统无铅钎料的综合性能差、通用性方面严重不足等技术问题。本发明通用型低银无铅电子钎料，其中含有如下重量份的组分：Ag：0.01～1.20；Cu：0.5～0.9；Bi：0.01～0.50；Ni：0.01～0.20；P：0.001～0.005；Ti：0.0005～0.001；RE::：0.001～0.01；Sn：余量。本发明适用于生产通用型低银无铅电子钎料。

Description

通用型低银无铅电子钎料

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别是一种通用型低银无铅电子钎料。

背景技术

无铅钎料是从上个世纪80年代开始，为适应无公害、无污染的环保要求而开发的软钎料新种类，以替代传统的Sn-Pb钎料，属环保型金属功能材料。广泛应用于电子行业PCB表面组装以及电器、IT、仪器仪表等行业各种引线、针脚焊接组装。但无铅钎料的综合性能与传统Sn-Pb钎料差距较大，因而出现了较多的品种系列，在通用性方面严重不足。目前通用性较好的无铅钎料仅有Sn-3Ag-0.5Cu(EM305)，由于含银量高达3％，不仅价格昂贵，且贵金属消耗较大。而廉价的Sn-0.7Cu性能欠佳，应用范围受较大限制。

发明内容

本发明旨在解决传统无铅钎料的综合性能差、通用性方面严重不足等技术问题，以提供一种综合性能全面提高、使用效果更好、使用消耗更低、应用范围更大的通用型低银无铅电子钎料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的通用型低银无铅电子钎料，其中含有如下重量份的组分：

Ag：0.01～1.20

Cu：0.5～0.9

Bi：0.01～0.50

Ni：0.01～0.20

P：0.001～0.005

Ti：0.0005～0.001

RE::：0.001～0.01

Sn：余量。

本发明通用型低银无铅电子钎料的有益效果。

1、扩展率高，焊接性能优良；

2、具有使用温度低、焊接性能优良、通用性好，可用于绝大多数领域；

3、抗氧化性能优良，即使在高达380℃的温度条件下任可正常使用，使用过程中氧化产渣大幅度减少，钎料使用实际消耗降低，进一步节约用户企业焊接生产成本；

4、抗Cu溶蚀效果显著，经初步对比检测，相同条件下溶蚀速度仅有EM305的一半左右。使用过程中钎料品质稳定性好，更换周期大为延长，生产效率得到提高；

5、通用性好且价格较低，性价比高。在当前全球性经济危机环境下，价格低廉、性能优良的新一代无铅电子钎料具有强大的市场竞争能力。

附图说明

图1为本发明生产工艺流程

具体实施方式

本发明应用原理、作用与功效，参照附图1通过如下实施方式予以说明。

(1)从合金体系方面，优化成分组合，降低钎料合金熔点，达到降低钎料焊接使用温度的目的。

合金成分决定了钎料的主要技术性能指标。Ag是主要合金成分，可以改善钎料合金熔融状态下的流动性、提高在Cu基体表面的浸润性和扩展性，Ag与基体元素Sn形成金属间化合物Ag3Sn，也是合金的强化相。在相应的范围内，Ag含量太低起不到应有的作用，太高会使成本增加，失去研究开发的意义。Cu也是合金成分之一，可以在一定程度降低合金熔点。合金熔点降低，使钎料的焊接使用温度相应降低，可以大大减少镀银片式元件焊接时的蚀银现象。

根据Sn-Ag-Cu部分三元相图，在综合考虑原材料成本、合金熔炼浇铸工艺性以及加工性、钎料焊接性能等多方因素的前提下，调整Ag、Cu的比例，使其熔点指标和两相区范围得到改善，并大幅度改善蚀银现象和机械强度时效现象，使其能够正常应用于镀银片式元件焊接。

(2)通过加入微量改性元素，提高钎料的浸润性和扩展率，达到提高焊接性能的目的；加入微量抑制成分，抑制Cu在熔融钎料中的溶蚀速度。

微量添加元素主要起改性作用，从多个方面进一步改善钎料性能。但如果每一种元素加入量不准确，在改善某一个性能的同时，往往有可能恶化另一些性能。加入多种微量元素难度更大。添加元素的选择和组合，是一项比较复杂的工作。针对改善钎料润湿性和扩展率、在一定程度上降低钎料熔点、提高合金机械强度并降低时效影响等不同目的，选择相应的微量添加元素，最终实现钎料扩展率达到82％、熔点不高于215℃等主要技术指标。

选择作为改性成分的各种微量元素首先必须是无毒无害，而又具有改善钎料相应性能的作用，没有或极少有负面影响，同时还需考虑其经济性以及资源问题。可选择的元素有In、Bi、Sb、Ni、Ti、RE、P，它们所起的作用各不相同。

添加元素Bi：

Bi在无铅钎料中能够有效地降低钎料熔点、提高拉伸强度。但加入量过大，其负面影响非常明显，主要是钎料延伸率大幅度下降、脆性增加。将导致焊点出现剥离倾向，直接影响到焊点的可靠度，同时，难以加工成型，不适用于丝、片等加工产品。

添加元素Ni：

Ni的作用在于改变钎料合金中Sn-Cu金属化合物状态、抑制Cu元素向熔融钎料中的扩散。在钎料合金中，Sn-Cu金属化合物Cu3Sn呈条状，使得在焊接时影响钎料流动性。加入少量的Ni，可以将其形状改变为球状，进而改善钎料焊接流动性，但加入量过大将直接影响钎料的熔点。

在波峰焊使用过程中，电路板的Cu元素向熔融钎料中溶蚀是一个非常重要的问题。随着元器件上的Cu向钎料中不断的溶蚀，使钎料中的Cu含量逐渐增长如果钎料中Cu含量增加太快，将严重恶化钎料的使用性能，当达到一定程度时，整个焊机内的钎料就必须做降Cu处理或者全部更换。抑制Cu元素向熔融钎料中的溶蚀、延缓钎料中Cu元素的增长，是无铅钎料产品关系到用户生产成本的一个至关重要的问题。

(3)采用更新的牺牲性保护-表面抑制挥发的复合抗氧化技术，显著提高钎料抗氧化性能，大大减少使用过程中的氧化损耗。

P是一种易氧化挥发性元素，通过自身氧化、挥发，保护熔融钎料，减少钎料自身氧化损失，是成功应用多年的抗氧化元素，但在动态、高温状态下挥发速度较快，抗氧化效果衰减也较快。加入其他微量元素，通过“集肤效应”在熔融钎料表面形成一层致密的保护膜，大大降低P的挥发速度，形成复合抗氧化的双重作用，使抗氧化效果大为提高。

(4)改善机械性能，降低钎料机械性能时效现象，提高钎料的强度和焊点可靠性指标。

低银无铅钎料容易出现机械性能时效现象，就是其机械强度随时间的推移而降低，经过一段时间后才能稳定下来。对后期使用有一定的影响。经电镜扫描分析，时效现象主要是由于合金中的强化相金属化合物Ag3Sn总量较少，在初始的铸造状态时呈聚团状的不均匀分布，Ag3Sn聚团产生强化效应。时效后，随着金属原子的运动，Ag3Sn逐渐均匀化分散，失去强化效果故而导致强度逐渐下降。这在Ag含量较低的钎料合金中是一个难以避免的问题，但可以通过添加其它强化成分加以解决。

参阅图1所示，本发明的通用型低银无铅电子钎料，通过如下生产工艺进行生产：

1)配料：

配料按照下表计量，具体计算标准按照当批次工艺单规定为准：

微量元素按照每炉总量计量，预先在密闭反应炉中制作成中间合金，每炉加入。

2)熔炼：

将Sn放入炉内，升温至350℃，Sn全部熔化后，将Cu、Ni表面涂抹松香，然后加入到Sn中，搅拌至其完全熔化然后加入Ag、中间合金，继续搅拌至完全熔化；

温度降至320℃，加入少量氯化铵进行除杂精炼，精炼后温度调整至300℃。

3)浇铸：

使用专用浇铸工具，将熔炼好的钎料合金浇入相应的模具内。

4)检测：

条材产品按照GB3131-2000中，相关重量标准检测和表面质量标准检测。

5)包装：

检测合格产品使用专用包装打包、入库。

表：本项目产品与其它常用无铅钎料和Sn-Pb钎料性能对比：

注：^*：定性对比；

^**：相同条件下等量Cu溶蚀时间对比，时间越长越好；

^***：以2009年2月原材料最新市场价计算材料成本对比。

从上所述，本发明的通用型低银无铅电子钎料，综合性能全面提高、使用效果更好、使用消耗更低、应用范围更大。

Claims (1)

1.一种通用型低银无铅电子钎料，其特征为含有如下重量份的组分：

Ag：0.01～1.20

Cu：0.5～0.9

Bi：0.01～0.50

Ni：0.01～0.20

P：0.001～0.005

Ti：0.0005～0.001

RE::：0.001～0.01

Sn：余量。

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