CN103008904A - 一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，属于焊接材料技术领域。为了解决现有焊料耐高温性差，锡渣多，延展性差的问题，提供一种SnCuNiGa GeIn系无银无铅焊料合金，该焊料含有以下成分的重量百分比：Cu：0.1%～1.0%；Ni：0.01%～1.0%；In：0.01%～1.0%；Ga：0.002%～0.004%；Ge：0.002%～0.004%；余量为锡。可含0.005%～0.008%的Dy和/或Er以及0.002%～0.003%的Co。其不含铅、银，更环保，成体低，且机械性能好，抗拉强度、延展性及抗蠕变性、钎焊性和抗冲击性能高的优点，使用温度在500℃左右时，不会产生锡渣现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊料，尤其涉及一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，属于焊接材料技术领域。
背景技术
随着电子工业的迅速发展，对电子产品的要求也越来越高，电子产品所用的焊料种类很多，但大多数仍使用Sn-Pb焊料合金，由于锡铅焊料含铅对环境有污染，且对人体有害，大多数国家早已禁止使用含铅焊料。而现有的无铅焊料多数为Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag合金，Sn-Ag-Cu等，其缺点是有的熔点较高，有的成本较高，如焊料中采用的Ag元素过高，大大的提高了生产的成本，同时在润湿性方面的性能也较差。现有无铅焊料中也有采用无银无铅的焊料。
如中国专利申请（公开号：CN1806997A，公开日：2006年07月26日）公开的一种无铅焊料，该焊料的组分质量百分比为：镍：0.01%～0.15%，铜：0.1%～2%，铟：0.0001%～1%，磷：0.0001%～1%，余量为锡。其不足之处在于加入的磷元素最高使用温度只能达到420℃～450℃，当焊料使用温度达到420℃时磷会大量挥发，出现大量锡渣，严重影响产品质量。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该焊料具有合金润湿性好、延展性好，且焊料使用温度超过420℃时不易产生锡渣的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现，一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无银无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.1%～1.0%；Ni：0.01%～1.0%；In：0.01%～1.0%；Ga：0.002%～0.004%；Ge：0.002%～0.004%；余量为锡。
本发明的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，由于形成Cu3Sn5共晶微细弥散相而获得很高的初期强度，但是，当温度超过100℃时，弥散相会变粗大，因此，为了改善本发明的焊料的可靠性，通过加入Ni元素来改善焊料的性能，细化弥散相，并通过加入Ni能够提高钎料对不锈钢和硬质合金的润湿性能和改善钎料的塑性，加入的Cu和Ni能够提高焊料合金的机械性能。通过添加Ga和Ge元素，能够提高焊料的抗氧化性能，不易挥发，从而不产生锡渣，保证产品的质量，通过添加Ga和Ge元素后，焊料除了在正常温度（227℃）下使用以外，当使用温度高达500℃左右时，仍然可以使用，不会产生锡渣现象，使用效果良好。通过加入In元素，提高焊料的润湿性，增加焊料的光亮度，使组织微细化，稳定化。本发明的焊料不含铅不含银，具有对环境友好，成本低的优点，且所得的焊料合金在抗拉剪切强度、延展性及抗蠕变性等机械性能方面良好，可替代传统的锡铅焊料合金。
在上述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金中，所述的Cu的加入还能够提高焊料的剪切强度和延伸率，但当加入的超过1.0%时，焊料的熔点会升高，且会使焊料的润湿性变差，而如果加入的量过少，则会起不到改善焊料机械性能的目的。
在上述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金中，所述的Ni的加入与焊料中的Cu元素之间具有协同作用。细化弥散组织，改善焊料的润湿性和塑性。
在上述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金中，作为优选，所述的无银无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.5%～0.8%；Ni：0.02%～0.05%；In：0.05%～0.08%；Ga：0.0025%～0.0035%；Ge：0.0025%～0.0035%；余量为锡。
在上述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金中，作为进一步的优选，所述的无银无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.6%～0.7%；Ni：0.03%～0.04%；In：0.06%～0.07%；Ga：0.0028%～0.0032%；Ge：0.0025%～0.003%；余量为锡。
在上述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金中，所述的无银无铅焊料合金还含有重量百分比为0.005%～0.008%的Dy和/或Er。能够提高润湿性能和扩展率，还能够改善焊料的电阻率，同加入Cu和Ni之间还具有协同作用，可使扩展率达到87%以上。作为优选，所述的无银无铅焊料合金含有重量百分比为0.006%～0.007%的Dy和Er，且Dy与Er的重量比为1：0.4～0.6。
在上述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金中，所述的无银无铅焊料合金还含有重量百分比为0.002%～0.003%的Co。能够起到改善焊料合金的钎焊性能和抗冲击能力。
本发明的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金按照本领域常规的方法制备即可。
综上所述，本发明具有以下优点：
1.本发明的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，不含铅不含银，具有更环保，成体低的优点，机械性能好，具有抗拉强度、延展性及抗蠕变性能高的效果。
2.本发明的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，不通过添加P来改善焊料的抗氧化性能，而采用同时添加Ga和Ge来提高本发明的焊料的抗氧化性能；解决现有的添加P元素所存在在温度超过420℃时，P元素易挥发的现象，而使焊料产生大量锡渣的问题。本发明的焊料除了在正常温度下使用以外，当使用温度高达500℃左右时，仍然可以使用，不会产生锡渣现象，使用效果良好。
3.本发明的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，通过加入Dy和/或Er元素，能够提高焊料的润湿性能和扩展率，还能够改善焊料的电阻率，同加入Cu和Ni之间还具有协同作用，可使扩展率达到87%以上。加入Co元素能够起到改善焊料合金的钎焊性能和抗冲击能力。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金由以下成分的重量百分比组成：
Cu：0.5%；Ni：0.01%；Ga+Ge：0.005%，其中Ga+Ge的重量比为1：1；In：0.09%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法如下：
A、按照上述重量百分比在真空高频电炉中加入Ni，然后再加入一部分Sn，加入的Sn与Ni的重量比为9：1，将温度升温至1600℃并保温30分钟，出炉，冷却铸成Sn-Ni合金锭；
B、将步骤A所得的Sn-Ni合金锭合金和剩余的Sn，放入中频电炉中，升温至480℃，熔炼，保温30分钟；然后，再降温至320℃，按照上述重量百分比加入Cu、Ga和Ge，搅拌30分钟，搅拌均匀后，缓慢降温至280℃，按照上述重量百分比加入In，并搅拌均匀后，浇铸成型后，即得SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金。
实施例2
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金由以下成分的重量百分比组成：
Cu：0.6%；Ni：0.01%；Ga：0.0025%；Ge：0.0027%；In：0.09%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例1的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例3
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.6%；Ni：0.02%；Ga：0.003%；Ge：0.0025%；In：0.08%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例1的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例4
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.6%；Ni：0.03%；Ga：0.0035%；Ge：0.0022%；In：0.07%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例1的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例5
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.7%；Ni：0.04%；Ga：0.0028%；Ge：0.003%；In：0.06%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例1的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例6
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.7%；Ni：0.05%；Ga：0.003%；Ge：0.003%；In：0.05%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例1的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例7
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.8%；Ni：0.04%；Ga：0.002%；Ge：0.003%；In：0.08%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例1的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例8
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金由以下成分的重量百分比组成：
Cu：0.5%；Ni：0.01%；Ga+Ge：0.005%，其中Ga+Ge的重量比为1：1；In：0.09%；Dy：0.005%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法如下：
A、按照上述重量百分比在真空高频电炉中加入Ni，然后再加入一部分Sn，加入的Sn与Ni的重量比为9：1，将温度升温至1600℃并保温30分钟，出炉，冷却铸成Sn-Ni合金锭；
B、按照上述重量百分比在真空高频电炉中加入Dy，然后再加入一部分的Sn，将温度升温至1450℃并保温30分钟，出炉，冷却铸成Sn-Dy合金锭；
C、将步骤A所得的Sn-Ni合金锭合金、步骤B所得的Sn-Dy合金锭和剩余的Sn，放入中频电炉中，升温至480℃，熔炼，保温30分钟；然后，再降温至320℃，按照上术重量百分比加入Cu、Ga和Ge，搅拌30分钟，搅拌均匀后，缓慢降温至280℃，按照上述重量百分比加入In，并搅拌均匀后，浇铸成型后，即得SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金。
实施例9
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金由以下成分的重量百分比组成：
Cu：0.5%；Ni：0.01%；Ga：0.003%；Ge：0.0025；In：0.09%；Er：0.008%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法同实施例8的方法一致，区别仅在于SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金的各成分的重量百分比按照本实施例的比例加入，这里不再赘述。
实施例10
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.5%；Ni：0.01%；Ga+Ge：0.0055%，其中Ga+Ge的重量比为1：1；In：0.09%；Co：0.002%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
本实施例的无银无铅焊料合金的制备方法如下：
A、按照上述重量百分比在真空高频电炉中加入Ni，然后再加入一部分Sn，加入的Sn与Ni的重量比为9：1，将温度升温至1600℃并保温30分钟，出炉，冷却铸成Sn-Ni合金锭；
B、按照上述重量百分比在真空高频电炉中加入Co，然后再加入一部分的Sn，将温度升温至1500℃并保温30分钟，出炉，冷却铸成Sn-Co合金锭；
C、将步骤A所得的Sn-Ni合金锭合金、步骤B所得的Sn-Co合金锭和剩余的Sn，放入中频电炉中，升温至480℃，熔炼，保温30分钟；然后，再降温至320℃，按照上术重量百分比加入Cu、Ga和Ge，搅拌30分钟，搅拌均匀后，缓慢降温至280℃，按照上述重量百分比加入In，并搅拌均匀后，浇铸成型后，即得SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金。
实施例11
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.8%；Ni：0.02%；Ga：0.0025%；Ge：0.003；In：0.09%；Dy：0.006%；Co：0.002%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
具体的制备方法按照本领域常规的方法即可。
实施例12
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：1.0%；Ni：0.06%；Ga：0.0028%；Ge：0.0032；In：0.01%；Dy：0.007%；Co：0.003%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
具体的制备方法按照本领域常规的方法即可。
实施例13
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.1%；Ni：1.0%；Ga：0.0032%；Ge：0.0025；In：0.06%；Dy：0.008%；Co：0.0025%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
具体的制备方法按照本领域常规的方法即可。
实施例14
一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，该无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.8%；Ni：0.06%；Ga：0.0028%；Ge：0.0032；In：0.01%；Dy+Er：0.005%，其中Dy：Er的重量比为1：0.4；Co：0.003%；余量为Sn，还包含不可避免的杂质。
具体的制备方法按照本领域常规的方法即可。
随机选取上述实施例中得到的无银无铅焊料合金，对相应的性能进行测试，具体测试结果见表1。
表1：
随机选取本发明的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，在温度为500℃的条件下进行使用后观察效果，本发明的无银无铅焊料合金使用后均未出现锡渣，且焊接性能较好。
采用中国专利申请（公开号为CN1806997A，公开日：2006年07月26的公开的一种无铅焊料，该焊料的组分质量百分比为：镍：0.01%～0.15%，铜：0.1%～2%，铟：0.0001%～1%，磷：0.0001%～1%，余量为锡。采用该无铅焊料同样在温度为500℃的条件下进行使用后，观察相应的效果，发现有大量的锡渣。
发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (7)
1.一种SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.1%～1.0%；Ni：0.01%～1.0%；In：0.01%～1.0%；Ga：0.002%～0.004%；Ge：0.002%～0.004%；余量为锡。
2.根据权利要求1所述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.5%～0.8%；Ni：0.02%～0.05%；In：0.05%～0.08%；Ga：0.0025%～0.0035%；Ge：0.0025%～0.0035%；余量为锡。
3.根据权利要求2所述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金含有以下成分的重量百分比：
Cu：0.6%～0.7%；Ni：0.03%～0.04%；In：0.06%～0.07%；Ga：0.0028%～0.0032%；Ge：0.0025%～0.003%；余量为锡。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金还含有重量百分比为0.005%～0.008%的Dy和/或Er。
5.根据权利要求4所述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金含有重量百分比为0.006%～0.007%的Dy和Er，且Dy与Er的重量比为1：0.4～0.6。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金还含有重量百分比为0.002%～0.003%的Co。
7.根据权利要求5所述的SnCuNiGaGeIn系无银无铅焊料合金，其特征在于，该无银无铅焊料合金还含有重量百分比为0.002%～0.003%的Co。
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