CN1032680C - 一种Ni-P-Cu系镍基钎焊料 - Google Patents

一种Ni-P-Cu系镍基钎焊料 Download PDF

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Abstract

本申请涉及到一种Ni-P-Cu镍基钎焊料。本钎焊料的组成份及重量百分比含量为Ni70-85，P10～14，Cu5～20，其它固体、气体杂质含量≤0.3。本钎焊料与现有技术中的铜基钎焊料相比具有磷挥发极小，钎焊接头性能稳定等优点。本发明的钎焊料用于钎焊铜-低碳钢、低碳钢-低碳钢以及铜-铜，该焊料特别适于大功率晶体管座的钎焊。

Description

一种Ni-P-Cu系镍基钎焊料
本发明涉及一种钎焊料，特别是涉及到用于铜-低碳钢，低碳钢-低碳钢以及铜-铜钎焊用的镍基钎焊料。
用于上述材料钎焊的焊料，各国以前曾有很多文献报导。美国专利US4209570，4253870和4316673公开的铜基Cu-P-Ni焊料的合金成份重量百分比含量为Ni5～42.6、P8～11.3，其余为Cu。固-液相线温度范围为678～814℃。
这类铜基焊料在钎焊时蒸气压较高，并且该蒸气压随着钎焊温度的增高而增加。Cu-P-Ni焊料熔化温度较低(678～814℃)所以钎焊时，磷大量挥发，沉积在钎焊件印电子元件的玻璃绝缘子上，破坏了电子元件的高压绝缘性能(标准电压≥2000V，电阻≥l08Ω)。并且在焊料溶炼过程中，由于熔体中磷的挥发，严重腐蚀设备，从而影响了这类焊料的进一步使用。
本发明提出一种在钎焊过程中焊料成份基本不挥发，焊料成份和性能稳定的新型钎焊料。
本发明的任务通过设计一种镍基的Ni-P-Cu钎焊料完成的，该焊料的合金成份重量百分比含量为：
Ni 70～85，P 10～14，Cu 5～20，其它固体、气体杂质含量≤0.3，该焊料的液相线温度为905～920℃。
本焊料的最佳重量百分比含量为Ni 73.5，P 11.5，余量为Cu，另外其它固、气体杂质含量≤0.3。
本焊料在920℃钎焊，没有觉察到磷的挥发，束发现钎焊件(即电子元件的玻璃绝缘子上)有磷的沉积物，因此电子元件的耐高压绝缘性能良好。并且在熔炼过程中，磷的挥发极少，不会腐蚀熔炼设备。
焊料的合金原材料的纯度、气体和杂质含量直接影响钎焊性能和制成电子器件的气密性，所以原材料的纯度应当如下：
电解镍GB6516—86
Figure C9311873800032
电解铜GB466—82
Figure C9311873800033
Figure C9311873800034
赤磷沪Q/HG/2-265-87分析纯黄磷＜0.015％
                       可溶物＜0.6％
本焊料与前述美国的铜基Cu-P-Ni焊料相比，本申请的焊料是镍基的，而美国专利提出的是铜基的，以及这三种元素的重量百分比含量差别也比较大。
更重要的是本申请的焊料与前述美国焊料相比，具有如下一些本质的差别：
首先本申请的镍基Ni-P-Cu焊料在920℃时蒸气压明显的低于上述美国专利的铜基Cu-P-Ni焊料的蒸气压，因此钎焊时合金成份中的磷挥发极少，可以保证钎焊件即电子元件玻璃绝缘子的高压绝缘性能的稳定。
其次，本申请的镍基Ni-P-Cu焊料形成大量Ni3P化合物，该放热反应的生成热为48.4千卡/克分子，而铜基Cu-P-Ni焊料的形成Cu3P化合物的放热反应的生成热为32千卡/克分子，因此，Ni3P的结合力比Cu3P的结合力强，在高温下前者的热稳定性比后者高，也就是该Ni3P比Cu3P(在相同温度下)难分解，所以Ni3P的蒸气压比Cu3P低，在高温下Ni3P的挥发大大低于Cu3P。
本申请的焊料的制作方法：
将上述配制好的焊料合金在100千瓦的中频感应炉中通电加热，当熔体温度达1150～1250℃时，注入喷粉设备的坩埚漏斗内，进行气体雾化法制粉，以后粉末在110～120℃的烘干箱中烘干4～6小时，严防温度过高而氧化，其后进行过筛、包装等。
本发明的焊料与最接近的美国铜基焊料相比，具有焊料成份和性能稳定，焊接接头的气密性好的优点。
实施例：
采用如表1所示的焊粉成份。
试件在830型链式保护钎焊炉上施焊，钎焊加热最高温度920℃，加热区长度300mm，钎焊件移动速度116mm/分，钎焊试验结果如表2所示。
可见采用本发明的钎焊料进行Cu/Cu，Fe/Fe和Cu/Fe的钎焊可以得到良好的钎焊性能和理想的钎焊接头的机械性能。
本钎焊焊料特别适用于大功率晶体管管座的钎焊焊接。
表1
样品编号 化学成分★(重量％)  固相线温度TS(℃)  液相线温度TL(℃)
   Ni   P     Cu
    1    82   10     余量     855     916
    2    80   10     余量     865     920
    3    73.5   11.5     余量     860     910
    4    70   12     余量     850     905
★另外其它气体、固体杂质含量≤0.3。
表2
Figure C9311873800061
Cu：紫铜。Fe：0.8F钢。S：液态焊料填充母材毛细间隙的能力。

Claims (2)

1、一种用于铜与低碳钢，低碳钢与低碳钢，以及铜与铜钎焊的含有Ni-P-Cu的镍基钎焊料，其特征在于：该焊料的组成份及重量百分比含量为：
Ni70～85，P10～14，Cu5～20，其它固体、气体杂质含量≤0.3。
2、按照权利要求1所述钎焊料，其特征在于：该焊料的最佳重量百分比含量为：Ni73.5，P11.5，余量为Cu，另外其它固体、气体杂质含量≤0.3。
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