CN103273219A - 一种锡银铜镍焊料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊料技术领域，具体涉及一种锡银铜镍焊料及其制备方法，该焊料中含有锡、银、铜和镍，它还含有钪、镱和钐。本发明在锡、银、铜和镍的基础上，选取了可以有效改善合金强度、硬度和耐热性能的钪、可塑性最好的重稀土元素“镱”和轻稀土元素“钐”，本发明利用钐在不同温度下的相变特性调整本发明的金相结构；本发明利用镱的耐蚀性、晶粒细小、均匀致密的特性，最终改善本发明的焊料铺展性和细化合金晶粒，有效提高其润湿性和焊点抗蠕变性能，提高了焊接性能和可靠性；本发明通过分阶段降温的方式，也大大改善了的金相结构。总之，通过以上几种金属的组合，本发明得到了一种熔点低、润湿性大、晶相组织均匀、晶粒细化的锡银铜镍焊料。

Description

一种锡银铜镍焊料及其制备方法

技术领域

本发明涉及焊料技术领域，具体涉及一种锡银铜镍焊料及其制备方法。

背景技术

随着电子工业的迅速发展对电子产品的要求越来越高，目前的电子产品所用的焊料种类很多，但多数仍使用锡-铅合金焊料，由于锡-铅焊料含铅对环境有污染，因此欧盟发布二个指令，从2006年7月1日起禁止在电子产品中使用含铅的锡焊料，现有的无铅焊料多数为锡-银、锡-铜、锡-银-铜、锡-锌-铟-铋、锡-锑-银-铟、锡-锌-镍等组成的，还有少数为锡-铜-镍组成。

如专利号为ZL01808699.3的中国发明专利介绍了一种无铅焊锡合金及使用该合金的电子零件，该发明的解决手段是将含有5.3到7.0wt%的铜(Cu),与0.1到0.5wt%以下的镍(Ni),其余者为锡(Sn)的无铅焊锡合金于400℃至480℃的范围内进行熔融,对以铜作为母材的绝缘被膜导体的连接部进行焊锡。

又如，申请号为200510011703.5的中国发明专利申请介绍了一种无铅焊料,它由铜0.10-5.00%、铈0.01-2.00%、镍0.01-0.15%余量为锡的原料,先制成含铜10%的锡铜中间合金锭、含铈2.5%的锡铈中间合金锭和含镍2.5%的锡镍中间合金锭,再将三种合金锭按比例并补充余量锡不足锡量，加入不锈钢锅内熔炼,浇铸锭成钎料棒。

但上述的无铅锡焊料存在熔点高、润湿性小，结晶较粗的缺陷。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种熔点低、润湿性大、晶相组织均匀、晶粒细化的锡银铜镍焊料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锡银铜镍焊料，该焊料中含有锡、银、铜和镍，它还含有钪、镱和钐。

优选的，它由以下重量百分比的原料组成：

铜    1-5%

银    0.2-0.4%

镍    0.1-0.2%

钪    0.01-0.03% 

镱    0.03-0.07%

钐    0.01-0.05%

其余为锡。

更为优选的，它由以下重量百分比的原料组成：

铜    3-5%

银    0.2-0.4%

镍    0.1-0.2%

钪    0.01-0.02% 

镱    0.04-0.07%

钐    0.02-0.05%

其余为锡。

或者是，它由以下重量百分比的原料组成：

铜    1-3%

银    0.2-0.4%

镍    0.1-0.2%

钪    0.02-0.03% 

镱    0.03-0.04%

钐    0.01-0.02%

其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至480℃- 530℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1600℃-1800℃的条件下熔炼10min - 15min，冷却至室温后得到一种锡银铜镍焊料。

优选的，所述步骤B中冷却分为四个阶段：

B1、降温至1100℃- 1200℃，并在此温度条件下保温20min - 30min；

B2、降温至850℃- 950℃，并在此温度条件下保温20min - 30min；

B3、降温至300℃- 400℃，并在此温度条件下保温20min - 30min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

本发明的有益效果在于：本发明在锡、银、铜和镍的基础上，选取了可以有效改善合金强度、硬度和耐热性能的钪、可塑性最好的重稀土元素“镱”和轻稀土元素“钐”，本发明利用钐在不同温度下的相变特性来调整本发明的金相结构；本发明利用镱的耐蚀性、晶粒细小、均匀致密的特性，最终改善本发明的焊料铺展性和细化合金晶粒，有效提高其润湿性和焊点抗蠕变性能，提高了焊接性能和可靠性；另外，本发明通过分阶段降温的方式，也大大改善了的金相结构。总之，通过以上几种金属的组合及它们之间的相互协同作用，本发明得到了一种熔点低、润湿性大、晶相组织均匀、晶粒细化的锡银铜镍焊料。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1。

一种锡银铜镍焊料，该焊料由以下重量百分比的原料组成：铜1%、银0.2%、镍0.1%、钪0.01%、镱0.03%、钐0.01%，其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至480℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1600℃的条件下熔炼15min，分四个阶段进行冷却：

B1、降温至1100℃，并在此温度条件下保温20min；

B2、降温至850℃，并在此温度条件下保温20min；

B3、降温至300℃，并在此温度条件下保温20min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

实施例2。

一种锡银铜镍焊料，该焊料由以下重量百分比的原料组成：铜3%、银0.3%、镍0.2%、钪0.02%、镱0.04%、钐0.02%，其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至500℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1700℃的条件下熔炼13min，分四个阶段进行冷却：

B1、降温至1150℃，并在此温度条件下保温25min；

B2、降温至900℃，并在此温度条件下保温25min；

B3、降温至350℃，并在此温度条件下保温25min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

实施例3。

一种锡银铜镍焊料，该焊料由以下重量百分比的原料组成：铜5%、银0.4%、镍0.2%、钪0.03%、镱0.07%、钐0.05%，其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至530℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1800℃的条件下熔炼10min，分四个阶段进行冷却：

B1、降温至1200℃，并在此温度条件下保温30min；

B2、降温至950℃，并在此温度条件下保温30min；

B3、降温至400℃，并在此温度条件下保温30min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

实施例4。

一种锡银铜镍焊料，该焊料由以下重量百分比的原料组成：铜3%、银0.2%、镍0.2%、钪0.01%、镱0.07%、钐0.03%，其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至530℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1800℃的条件下熔炼10min，分四个阶段进行冷却：

B1、降温至1200℃，并在此温度条件下保温20min；

B2、降温至950℃，并在此温度条件下保温20min；

B3、降温至400℃，并在此温度条件下保温20min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

实施例5。

一种锡银铜镍焊料，该焊料由以下重量百分比的原料组成：铜4%、银0.4%、镍0.2%、钪0.03%、镱0.07%、钐0.02%，其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至510℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1700℃的条件下熔炼13min，分四个阶段进行冷却：

B1、降温至1200℃，并在此温度条件下保温25min；

B2、降温至950℃，并在此温度条件下保温25min；

B3、降温至350℃，并在此温度条件下保温25min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

实施例6。

一种锡银铜镍焊料，该焊料由以下重量百分比的原料组成：铜2%、银0.3%、镍0.1%、钪0.02%、镱0.03%%、钐0.03%，其余为锡。

一种锡银铜镍焊料的制备方法，它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至480℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1800℃的条件下熔炼15min，分四个阶段进行冷却：

B1、降温至1200℃，并在此温度条件下保温20min；

B2、降温至950℃，并在此温度条件下保温20min；

B3、降温至400℃，并在此温度条件下保温20min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。

实施例1-6制得的锡银铜镍焊料的性能测试，见表1。

从表1可以看出，本发明的熔点比现有的至少降低2度，扩展性、润湿性、电阻率、拉伸试验结果、剪切试验结果都优于现有技术，金相相对于现有技术也更均匀，更细化。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

                                                

Claims (6)

1.一种锡银铜镍焊料，该焊料中含有锡、银、铜和镍，其特征在于：它还含有钪、镱和钐。

2.根据权利要求1所述的一种锡银铜镍焊料，其特征在于：它由以下重量百分比的原料组成：

铜    1-5%

银    0.2-0.4%

镍    0.1-0.2%

钪    0.01-0.03% 

镱    0.03-0.07%

钐    0.01-0.05%

其余为锡。

3.根据权利要求1所述的一种锡银铜镍焊料，其特征在于：它由以下重量百分比的原料组成：

铜    3-5%

银    0.2-0.4%

镍    0.1-0.2%

钪    0.01-0.02% 

镱    0.04-0.07%

钐    0.02-0.05%

其余为锡。

4.根据权利要求1所述的一种锡银铜镍焊料，其特征在于：它由以下重量百分比的原料组成：

铜    1-3%

银    0.2-0.4%

镍    0.1-0.2%

钪    0.02-0.03% 

镱    0.03-0.04%

钐    0.01-0.02%

其余为锡。

5.权利要求2-4任一项所述的一种锡银铜镍焊料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤A、称取配方量的铜、银、锡、镍、钪、镱、钐；

步骤B、将步骤A称取的锡放入熔炼器皿中，通入氩气保护，先升温至480℃- 530℃，当锡完全熔化后，将步骤A称取的铜、银、镍、钪、镱、钐加入到熔炼器皿中，搅拌，在温度为1600℃-1800℃的条件下熔炼10min - 15min，冷却至室温后得到一种锡银铜镍焊料。

6.根据权利要求5所述的一种锡银铜镍焊料的制备方法，其特征在于：所述步骤B中冷却分为四个阶段：

B1、降温至1100℃- 1200℃，并在此温度条件下保温20min - 30min；

B2、降温至850℃- 950℃，并在此温度条件下保温20min - 30min；

B3、降温至300℃- 400℃，并在此温度条件下保温20min - 30min；

B4、停止加热，继续在氩气保护下冷却至室温，得到一种锡银铜镍焊料。