CN102476250A

CN102476250A - 一种耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料

Info

Publication number: CN102476250A
Application number: CN2010105591442A
Authority: CN
Inventors: 冼爱平
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-05-30

Abstract

本发明的目的在于提供一种耐蚀性的锡铅系合金焊料，其主要技术手段是通过在普通锡铅系合金焊料添加一些微量的合金元素，达到在不改变这些合金基本的物理，力学性能前提下，改善合金表面抗大气腐蚀的目的。为了实现上述目标，本发明提供的技术方案是：在普通锡铅系合金焊料中添加一种或几种微量合金元素，添加量为重量百分比0.001~0.10%，其中微合金元素为Ti，Al，P，Ge，Si，Ni，Ga中的一种或几种。

Description

一种耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料

技术领域

本发明涉及一种耐大气腐蚀的锡铅系合金焊料，具体地说是一种添加微量元素的锡铅系合金焊料合金。

背景技术

软钎焊是一项十分古老而应用技术，主要采用锡铅合金为基础的体系。由于锡铅焊料在铜及铜合金、钢上具有较好漫流性，同时熔点低，并且有一定的强度和良好的导电性及良好的力学性能和工艺性能，所以被广泛使用在电子工业中（占焊料总消费量的70%以上）。此外，还大量使用于仪器仪表电气制造业、汽车工业、食品工业和其它机械制造业。从焊料的组分来看，大多数焊料合金都是锡、铅二元合金的简单组合，含锡量由5～95％变化，其中以含锡40～63％的应用最广泛。由于这类合金的原料来源丰富，成本低廉，并且使用具有悠久的历史，生产中积累了大量的实际应用经验，故应用非常广泛。

锡铅系合金焊料在实际使用过程中存在的一个主要问题是在一些具有腐蚀性环境下，例如，暴露于海洋大气环境或工业污染地区的大气环境中，在有表面水膜存在的条件下，焊料合金表面会发生大气腐蚀。这种表面腐蚀现象对相关的各种工业产品具有不同程度的影响。例如，对于工作在海洋大气环境下的船用电子产品，焊点表面腐蚀可能引起电子元件焊点的局部腐蚀与脱落，引发电子产品的故障或失效；因此，相关工业部门希望研究和开发一种耐大气腐蚀的锡铅系合金焊料，其可以在一些特殊的腐蚀环境（例如海洋大气环境）下使用，以提高电子产品及相关工业设备的可靠性。

发明内容

为了克服现有锡铅合金焊料在腐蚀性大气环境中表面耐蚀性差的问题，本发明提供一种耐蚀性的锡铅系合金焊料，其主要技术手段是通过在普通锡铅系合金焊料添加一些微量的合金元素，达到在不改变这些合金基本的物理，力学性能前提下，改善合金表面抗大气腐蚀的目的。为了实现上述目标，本发明提供的技术方案是：在普通锡铅系合金焊料中添加一种或几种微量合金元素，添加量为重量百分比0.001~0.10%，其中微合金元素为Ti，Al，P，Ge，Si，Ni，Ga中的一种或几种。

本发明提供的耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料，其特征在于，其合金的重量百分比为：

微量合金元素 0.001~0.10%

Pb 30-95%

锡及不可避免的杂质余量

其中微量合金元素指Ti，Al，P，Ge，Si，Ni，Ga中的一种或几种组合添加，微合金元素的添加量优选范围为0.005~0.03%。

本发明可以采用现有的普通熔炼技术，对上述锡铅系合金焊料进行熔炼，将配制的各种合金成份加入熔融状态的合金中，通过搅拌并使之均匀化，浇注后即可获得母合金。由于本发明中合金元素添加极为微量，它们的主要作用是提高合金表面的耐蚀性，而对合金的其它物理性能（例如熔点、密度、导电率、热膨胀系数等）影响不大，因此本发明可以很好的与现有产品的工业技术相融合。

本发明提供的技术方案中微量元素添加量的选择原则是：微量元素含量如果过少，则它们主要溶解于液态锡铅焊料中，不能获得偏析于液态金属表面的效果，不足以发挥抗大气腐蚀的效果；而微量元素含量如果添加过多，则它们易于影响锡铅系合金焊料的其它物理或力学性能，从而与已有的材料或工艺规范不匹配，影响合金的其它使用性能。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明在传统的锡铅系合金焊料的基础上添加了微量的合金元素、故合金的基本物理性能变化很小，与现有的焊接工艺相容性好，易于获得推广使用。

2、本发明合金中添加的化学成分极微量，不仅可以保证合金成分的简化，还易于焊料的回收，降低生产成本。

3、适用范围广。本发明可以用常规技术制成各种焊料产品，如焊料母合金，焊条块，焊丝，微型焊球，焊粉和焊膏，本发明特别适用于微电子工业中的电子封装技术。

具体实施方式

实施例1：

用Sn-40%Pb合金为原料，添加0.01%Ge（重量百分比，下同）和0.01%Ni制备抗大气腐蚀锡合金。将Sn-40%Pb合金在一个石墨坩埚中用马弗炉加热熔化后，加入配比的微合金元素，溶解后搅拌使之均匀化，然后浇铸造在直径为Φ20mm的石墨小盘中，铸锭约5mm高，冷却后获得表面光亮的铸锭，将此样品用盐雾进行腐蚀（每30min喷雾一次），4天后，表面仍可保持金属光亮，说明合金表面抗腐蚀性能良好。

实施例2：

用Sn-30%Pb合金为原料，添加0.02%P，采用实施例1所述的方法制备以及试验，所得样品用盐雾进行腐蚀（每30min喷雾一次），4天后，表面仍可保持金属光亮，合金抗腐蚀性能良好。

实施例3：

采用Sn-60%Pb合金为原料，添加0.02%Ga和0.01%Si，采用实施例1所述的方法制备以及试验，所得样品用盐雾进行腐蚀（每30min喷雾一次），4天后，表面仍可保持金属光亮，合金抗腐蚀性能良好。

实施例4：

采用Sn-90%Pb合金为原料，添加0.05%Ge，0.01%Ti，采用实施例1所述的方法制备以及试验，所得样品用盐雾进行腐蚀（每30min喷雾一次），4天后，表面仍可保持金属光亮，合金抗腐蚀性能良好。

实施例5：

采用Sn-37%Pb合金为原料，添加0.02P%，和0.001%Al，采用实施例1所述的方法制备以及试验，所得样品用盐雾进行腐蚀（每30min喷雾一次），4天后，表面仍可保持金属光亮，合金抗腐蚀性能良好。

对比例：

在实施例1~5的试验中，不添加微量元素的对比样品在同样条件下进行观察，2天后各合金表面均已开始变色，说明不添加微量元素的样品在盐雾腐蚀条件下抗蚀能力不足。

Claims

1.一种耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料，其特征在于：在普通锡铅系合金焊料中添加一种或几种微量合金元素，添加量为重量百分比0.001~0.10%，其中微合金元素为Ti，Al，P，Ge，Si，Ni，Ga。

2.按照权利要求1所述耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料，其特征在于：按重量百分比计，微合金元素的添加量为0.005~0.03%。

3.按权利要求1或2所述耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料，其特征在于：所述普通锡铅系合金焊料按重量百分比计，含有Pb 30~95%。

4.权利要求1所述耐大气腐蚀的Sn-Pb焊料，其特征在于：所述焊料是焊料母合金、焊条块、焊丝、焊球、焊粉或焊膏。