CN102615447A - 一种锡基无铅焊料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡基无铅焊料及其制备方法，该锡基无铅焊料的组分及其重量百分比为Sb:3.0～6.0%，In:1.0～8.0%，Cu:1.0～2.0%，Ni:0.8～1.0%，La:0.03～0.08%，Ce:0.03～0.08%，余量为锡；其中In、La和Ce原料的纯度为99.99%，其它的原料均采用工业精制原料；其制备方法是：先熔制Sn-Sb、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-In、Sn-La、Sn-Ce中间合金，根据上述成分称取适量的纯Sn和各种中间合金放入不锈钢锅内进行混合熔炼，加热温度为600℃，并加入覆盖剂，搅拌半个小时后进行浇铸，制得锡基无铅焊料；其具有熔点较低，金属塑性高和润湿性能好以及铺展性优良的特点。

Description

一种锡基无铅焊料及其制备方法

技术领域

本发明属新材料领域，具体涉及一种锡基无铅焊料及其制备方法，应用于电子元器件、电器、电讯、仪表及其它的相关产品的焊接。

背景技术

焊接材料领域常用Sn-Pb合金作为电子焊接材料，锡铅合金作为优质廉价的焊接材料得到了世界范围内的广泛应用，但随着人类环保意识的加强，“铅“及其化合物对人体的危害及环境的污染越来越被人类所重视。

美国专利公告号为US2004/0241039A1公开了一种无铅软钎焊料，其按质量百分比为含有大于67%的Sn、0.5～7.0%的Cu和0.05～18%Sb。这种无铅焊料的熔点高（熔点在 230℃以上），这对电器产品会产生不利影响。公告号为CN1252842A的无铅焊料，其按重量百分比为：Ag：1.0%～3.0%、锑0～4.0%、铜0～2.0%、铋10%～30%和余量为锡Sn组成，这种无铅焊料的熔点相对低，但由于铋含量高，Sn-Bi在凝固过程中易出现枝晶偏析和组织粗大化，从而影响焊料和焊点的力学性能，焊接后焊点易剥落。

发明内容

本发明提供一种锡基无铅焊料及其制备方法。应用于电子元器件、电器、电讯、仪表及其它的相关产品的焊接。

本发明提供的一种锡基无铅焊料具有以下金属元素的组分及其重量百分比：

Sb:3.0～6.0%，In:1.0～8.0%，

Cu:1.0～2.0%，Ni:0.8～1.0%，

La:0.03～0.08%，Ce:0.03～0.08%，

余量为锡；

   各组分金属原理的纯度分别为：In≥99.99%，La≥99.99%，Ce≥99.99，其它的原料均采用工业精制原料。

上述金属元素In、La和Ce优选的重量百分比为：In 3.0～5.0%，La  0.03～0.07% ，Ce 0.03～0.07%。

本发明还提供一种所述锡基无铅焊料的制备方法，具有以下步骤：

（1）将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，升温至1000～1200℃，加入铜的重量占合金总重量的5%～15%，待铜融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置20～30分钟后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭；

（2）将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，升温至600～1000℃，加入锑的重量占合金总重量的40%～60%，待锑融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡锑合金，静置20～30分钟后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭；

（3）将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，升温至1500～1800℃，加入镍的重量占合金总重量的2%～5%，待镍融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡镍合金，静置20～30分钟后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭；

（4）将锡和铟加入石墨坩埚内，置于真空感应熔炼炉熔炼，温度升至350℃～500℃，加入铟的重量占合金总重量的10%～20%，静置待其冷却后取出锡铟合金；

（5）将锡和镧加入石墨坩埚内，置于真空感应熔炼炉熔炼，温度升至1100～1300℃后熔化，加入镧的重量占合金总重量的1%～3%，静置待其冷却后取出锡镧合金；

（6）将锡和铈加入石墨坩埚内，置于真空感应熔炼炉熔炼，温度升至1100～1300℃后熔化，加入铈的重量占合金总重量的1%～3%，静置待其冷却后取出取锡铈合金；

将上述制得的中间合金锭和纯锡按重量百分比：Sb:3.0～6.0%，In:1.0～8.0%， Cu:1.0～2.0%，Ni:0.8～1.0%， La:0.03～0.08%，Ce:0.03～0.08%，余量为锡；加入到不锈钢锅内进行熔炼，加热温度为600℃，并加入由KCl和LiCl组成的覆盖剂， KCl与LiCl的质量比为3：1，覆盖剂的用量以完整覆盖合金熔体表面为准；搅拌半个小时后进行浇铸，制得锡基无铅焊料铸锭。

本发明优点和有益效果：

（1）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；

(2)合金中采用的铟元素，使得焊料的熔点显著降低；

（3）加入微量的稀土La和Ce元素，大大改善了焊料的润湿性能；

（4）该焊料具有优异的延展性和较高的抗拉强度，能够形成光亮的焊点。能广泛用于电子工业及通用工程，特别适用于微电子工业中的电子封装无铅化技术。

具体实施方式

本发明按照上述的制备方法，制备的焊料合金成分和性能及其对比如下表所示。

由下表可见，合金焊料熔点随着Sb的加入量的增加而提高；随着In加入量的提高，焊料合金的熔点得到了降低，焊料的塑性也呈现增强趋势；而稀土的加入对合金熔点影响不大，但适量的稀土能很好地改善合金的润湿性能。

 

Claims (3)

1.一种锡基无铅焊料，其特征在于具有以下金属元素的组分及其重量百分比：

Sb:3.0～6.0%，In:1.0～8.0%，

Cu:1.0～2.0%，Ni:0.8～1.0%，

La:0.03～0.08%，Ce:0.03～0.08%，

余量为锡；

   各组分金属原理的纯度分别为：In≥99.99%，La≥99.99%，Ce≥99.99，其它的原料均采用工业精制原料。

2.根据权利要求1所述的锡基无铅焊料，其特征在于：上述金属元素In、La和Ce的重量百分比为：In 3.0～5.0%，La  0.03～0.07% ，Ce 0.03～0.07%。

3.一种权利要求1所述锡基无铅焊料的制备方法，其特征在于具有以下步骤：

（1）将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，升温至1000～1200℃，加入铜的重量占合金总重量的5%～15%，待铜融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置20～30分钟后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭；

（2）将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，升温至600～1000℃，加入锑的重量占合金总重量的40%～60%，待锑融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡锑合金，静置20～30分钟后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭；

（3）将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，升温至1500～1800℃，加入镍的重量占合金总重量的2%～5%，待镍融化用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡镍合金，静置20～30分钟后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭；

（4）将锡和铟加入石墨坩埚内，置于真空感应熔炼炉熔炼，温度升至350℃～500℃，加入铟的重量占合金总重量的10%～20%，静置待其冷却后取出锡铟合金；

（5）将锡和镧加入石墨坩埚内，置于真空感应熔炼炉熔炼，温度升至1100～1300℃后熔化，加入镧的重量占合金总重量的1%～3%，静置待其冷却后取出锡镧合金；

（6）将锡和铈加入石墨坩埚内，置于真空感应熔炼炉熔炼，温度升至1100～1300℃后熔化，加入铈的重量占合金总重量的1%～3%，静置待其冷却后取出取锡铈合金；

将上述制得的中间合金锭和纯锡按重量百分比：Sb:3.0～6.0%，In:1.0～8.0%， Cu:1.0～2.0%，Ni:0.8～1.0%， La:0.03～0.08%，Ce:0.03～0.08%，余量为锡；加入到不锈钢锅内进行熔炼，加热温度为600℃，并加入由KCl和LiCl组成的覆盖剂， KCl与LiCl的质量比为3：1，覆盖剂的用量以完整覆盖合金熔体表面为准；搅拌半个小时后进行浇铸，制得锡基无铅焊料铸锭。