CN104353840A - 一种led用低成本无铅焊料合金粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED用低成本无铅焊料合金粉末及其制备方法，属于软钎料及应用领域。该合金粉末的重量百分比组成为：Zn 6.5-9.5％，Bi 1.0-3.0％，Cu 0.5-1.0％，其余为Sn。首先，按照重量百分比配料，将原材料放入感应炉坩埚中；对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，然后充入惰性保护气体；采用感应线圈对原材料进行加热熔炼；在喷嘴中通入高压雾化气体，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末；合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。该方法制备的焊料合金粉末为球形，并具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性及优良的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED用低成本无铅焊料合金粉末及其制备方法，特别涉及一种LED用SnZnBiCu-X无铅焊料合金粉末及其制备方法，属于软钎料及应用技术领域。
背景技术
Sn-Pb合金焊料因铅及其化合物给环境带来毒害，在欧盟两个指令实施后在电子产品领域已经逐渐退出。现有技术中LED封装主要用SnPb36Ag2焊粉配合NC-SMQ92J焊剂或SnPb37焊粉，甚至有些领域为降低原料成本而采用SnPb45焊粉。随着我国LED行业的不断发展壮大，开发可用于替代Sn-Pb系焊粉的高性能低成本无铅环保焊料是我国LED行业目前面临的重要课题。当前LED开始无铅化后，多采用Sn-Ag-Cu(SAC305、SAC0307)系焊粉，因Sn-Ag-Cu系无铅焊粉熔点高，导致焊接温度冲击易烧坏LED芯片，并且现有无铅焊料原料成本大幅攀升很难在LED行业广泛应用，严重制约了我国LED产业的无铅化发展。因此Sn-Zn系无铅焊粉具有广阔的前景。
Sn-Zn系无铅焊粉，由于其熔点接近Sn-Pb系，具有良好的机械强度，与现有焊接设备和工艺有良好的兼容性，且资源丰富、成本低廉，是最有前景的低成本环保型无铅焊料。但目前Sn-Zn系焊粉存在的主要问题是其润湿性相对较低，抗氧化、抗腐蚀性较差，因此当前主流的Sn-Zn系无铅焊粉主要为Sn-Zn-Bi-In、Sn-Zn-Bi-Ag、Sn-Zn-Bi-RE(稀土元素)系列，但是这些合金系列中添加元素如In、Ag、RE(稀土元素)价格昂贵，大大增加了原料成本，严重制约了LED行业的发展。
CN101380700A公开了SnZnBiCu无铅焊料合金体系，其有低成本、良好的力学性能及润湿性能等优点。本发明在此研究基础上通过改变Zn含量，并添加了Ni、Al、Cr、Ti元素进一步提高了焊料合金的抗氧化性、力学性能及抗腐蚀性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种用于LED封装的新型低成本SnZnBiCu-X无铅焊料合金粉末。使其在保持Sn-Zn-Bi原有的低熔点、良好润湿性等优点的基础上，明显改善其抗氧化性、抗腐蚀性及机械性能，同时进一步提高其润湿性。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种LED用低成本无铅焊料合金粉末，该无铅焊料合金粉末包含Zn、Bi、Cu和Sn，其重量百分比组成为：Zn为6.5-9.5％，Bi为1.0-3.0％，Cu为0.5-1.0％，其余为Sn。所述的无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于80ppm。
所述无铅焊料合金粉末还包括Ni，所述Ni重量百分比为0.5-5％。
所述无铅焊料合金粉末还包括Al，所述Al重量百分比为0.5-1％。
所述无铅焊料合金粉末还包括Cr，所述Cr重量百分比为0.25-1％。
所述无铅焊料合金粉末还包括Ti，所述Ti重量百分比为0.2-2％。
本发明的另一目的是提供一种制备LED用低成本无铅焊料合金粉末的方法。
一种LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
1)按照重量百分比配料，将原材料放入感应炉坩埚中；
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，然后充入惰性保护气体；
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼；
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末；
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
步骤1)中，所述的原材料为金属Sn、Sn-10Cu中间合金、Sn-5Ni中间合金、Sn-6Al中间合金、Sn-5Cr中间合金、Zn-3Ti中间合金和/或金属Bi；所述的感应炉坩埚采用石墨坩埚。
步骤2)中，对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2-1×10-1Pa；充入惰性保护气体(氩气或氮气)后，熔炼室压力为0.5MPa以下。
步骤4)中，所述的雾化温度为合金液熔点以上30-100℃，合金液流量为60-150kg/h，雾化气体(氩气或氮气)压力为3.5-6.7MPa，雾化气体气流速度为400-1300m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴；合金粉末的冷凝速率为104～105K/s。
本发明LED用无铅焊料粉末的制备方法，得到的无铅焊料合金粉末为球形。
本发明的优点：
本发明进一步调整了Zn含量，既保证力学性能又提高了抗氧化性及润湿性。
金属高温氧化理论认为，金属的氧化首先是氧化初期，氧与金属发生化学反应生成一层单分子氧化膜，其后是以电化学反应实现的膜的生长。当形成密实的连续氧化膜后，氧化过程的继续进行取决于界面反应速度和参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。在氧化初期起主导作用的是界面反应；随着氧化膜的增厚，反应物质的扩散速度成为氧化速度的控制因素。所以通过选择性氧化生成稳定、致密的保护性氧化膜和减少氧化膜晶格缺陷的浓度是改善合金抗氧化性的有效途径。本发明在SnZnBi焊料合金中加入Cu、Ni、Al、Cr、Ti合金元素，通过Al、Ti、Cr元素的综合作用，在钎料表面形成致密的氧化膜，好比形成了一层“外阻挡层”，同时Cr在焊料的亚表面富集，则好比形成了一层“内阻挡层”。这两种“阻挡层”都阻止了钎料的进一步氧化。通过Ni、Ti、Cu、Cr元素综合作用，使得SnZnBi焊料合金的晶粒细化，提高合金的韧性及力学性能，同时使得SnZnBi焊料合金的抗腐蚀性能显著提高。
本发明中焊料合金粉末的每种元素在其选定的成分范围内熔点均低于215℃，较接近于Sn-Pb共晶熔点；用该焊粉制备的焊点具有较好的抗氧化性、力学性能和抗腐蚀性。
本发明制备LED用无铅焊料合金粉末的方法，通过控制雾化温度，能够控制合金液体达到一定的过热度，使制备的合金粉末形貌球形度好，仅存在极少量的“卫星”状粉末和“花生”状粉末，同时控制粉末的粒径分布范围，使得粒度分布稳定。通过控制合金液流量能够得到稳定的粒度分布及粒径范围，通过控制雾化气体压力和控制雾化气体气流速度能够得到球形度好，表面光滑，粒径分布窄的焊料合金粉末，同时提高合金的雾化效率，通过上述参数的控制，使熔体液流充分破碎形成细小液滴，使粉末冷凝速率为104～105K/s，从而最终得到形貌球形度好，且粒径分布范围稳定的合金粉末。利用本发明方法获得的产品的形貌、粒径分布均符合相关标准，而产品效率较传统制粉方法提高了30％以上，本发明的制备方法获得了优异的技术效果。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的SnZn6.5Bi1Cu0.5Ni0.5Al0.5Ti0.2焊料合金粉末的形貌SEM照片。
具体实施方式
实施例1
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 6.5％，Bi 1.0％，Cu 0.5％，Ni 0.5％，Al 0.5％，Ti 0.2％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其形貌如图1所示，其氧含量低于75ppm，其粒径分布范围为25-35μm，平均粒径为28μm，其熔点为193-206.5℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2Pa，然后充入惰性保护气体(氩气或氮气)，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼，感应线圈的功率为5-30kw。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体(氩气或氮气)，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上50℃，合金液流量150kg/h，雾化气体压力为6.7MPa，雾化气体气流速度1300m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例2
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 6.5％，Bi 1.0％，Cu 0.5％，Ni 0.5％，Al 0.5％，Ti 0.2％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于75ppm，其粒径为20-38μm，平均粒径为28.5μm，其熔点193-206.5℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-1Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上60℃，合金液流量140kg/h，雾化气体压力为6.2MPa，雾化气体气流速度1300m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例3
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 7.0％，Bi 2.0％，Cu 0.5％，Ni 0.5％，Al 0.5％，Ti 0.2％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于78ppm，其粒径为23-37μm，平均粒径为30μm，其熔点190-203℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上30℃，合金液流量120kg/h，雾化气体压力为6.5MPa，雾化气体气流速度1100m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例4
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 7.0％，Bi 2.0％，Cu 0.7％，Ni 1.0％，Al 0.7％，Cr 0.25％，Ti 0.2％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于78ppm，其粒径为22-36μm，平均粒径为28.3μm，其熔点192-205℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Sn-5Cr、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比钎料合金各组分，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-1Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上40℃，合金液流量130kg/h，雾化气体压力为5.5MPa，雾化气体气流速度1200m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例5
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 7.0％，Bi 3.0％，Cu 0.7％，Ni 1.0％，Al 0.7％，Ti 0.5％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于75ppm，其粒径为20-45μm，平均粒径为32.5μm，其熔点190.5-205.3℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比钎料合金各组分，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至5×10-2Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上50℃，合金液流量110kg/h，雾化气体压力为4.0MPa，雾化气体气流速度850m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例6
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 8.0％，Bi 3.0％，Cu 1.0％，Ni 2.0％，Al 1.0％，Cr 1.0％，Ti 0.5％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于70ppm，其粒径为25-45μm，平均粒径为33.5μm，其熔点193-210.8℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Sn-5Cr、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-1Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上55℃，合金液流量90kg/h，雾化气体压力为4.2MPa，雾化气体气流速度1000m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例7
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 8.0％，Bi 3.0％，Cu 1.0％，Ni 3.0％，Al 1.0％，Cr 1.0％，Ti 1.0％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于65ppm，其粒径为20-75μm，平均粒径为51μm，其熔点195.7-212.5℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Sn-5Cr、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比钎料合金各组分，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2—1×10-1Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上80℃，合金液流量70kg/h，雾化气体压力为3.5MPa，雾化气体气流速度800m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例8
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 9.0％，Bi 3.0％，Cu 1.0％，Ni 4.0％，Al 1.0％，Cr 1.0％，Ti 2.0％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于65ppm，其粒径为25-100μm，平均粒径为62.5μm，其熔点197-212℃。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Sn-5Cr、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上100℃，合金液流量60kg/h，雾化气体压力为4.5MPa，雾化气体气流速度400m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
实施例9
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 9.5％，Bi 3.0％，Cu 1.0％，Ni 5.0％，Al 1.0％，Cr 1.0％，Ti 2.0％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于80ppm，其粒径为25-35μm，平均粒径为28μm，其熔点196-215℃。其制备方法同实施例1。
实施例10
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 7.0％，Bi 2.0％，Cu 0.7％，Al 0.7％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于78ppm，其粒径为25-35μm，平均粒径为28μm，其熔点190-201.6℃。其制备方法同实施例1。
实施例11
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 8.0％，Bi 3.0％，Cu 0.7％，其余为Sn，该无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于80ppm，其粒径为25-35μm，平均粒径为28μm，其熔点187.5-199.8℃。其制备方法同实施例1。
对比例1
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 7.0％，Bi 1.0％，Cu 0.7％，Ni 6.0％，Al 2.0％，Cr 2.0％，Ti 3.0％，其余为Sn，其制备方法同实施例1。其氧含量低于75ppm，其粒径为25-35μm，平均粒径为28μm，其熔点203-227℃。所得成品焊粉球形度差，焊粉表面不光滑，焊粉中存在较多不规则状颗粒。
对比例2
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 8.0％，Bi 3.0％，Cu 1.5％，Ni 6.0％，Al 3.0％，Cr 2.0％，Ti 3.0％，其余为Sn，其制备方法同实施例1。其氧含量低于78ppm，其粒径为25-35μm，平均粒径为28μm，其熔点207.2-225℃。所得成品焊粉球形度差，焊粉表面不光滑，焊粉中存在较多不规则状颗粒。
对比例3
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 6.5％，Bi 1.0％，Cu 0.5％，Ni 0.5％，Al 0.5％，Ti 0.2％，其余为Sn。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2—1×10-1Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上25℃，合金液流量160kg/h，雾化气体压力为7.0MPa，气流速度1300m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
所得成品焊粉的氧含量低于75ppm，其粒径为20-35μm，平均粒径为23.5μm，其熔点193-206.5℃。所得焊粉中细粉比例过多，焊粉形貌差，焊粉中存在大量“卫星”状及“花生”状颗粒。
对比例4
一种LED用无铅焊料合金粉末，以重量百分比计，该无铅焊料合金粉末包含：Zn 6.5％，Bi1.0％，Cu0.5％，Ni0.5％，Al0.5％，Ti0.2％，其余为Sn。制备该LED用无铅焊料合金粉末的方法包括以下步骤：
1)将金属Sn、Sn-10Cu、Sn-5Ni、Sn-6Al、Sn-5Cr、Zn-3Ti中间合金和金属Bi，按照重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，抽真空至1×10-2—1×10-1Pa，然后充入惰性保护气体，熔炼室压力为0.5MPa。
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼。
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。雾化合金液温度为合金熔点以上110℃，合金液流量40kg/h，雾化气体压力为3.5MPa，气流速度350m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴。粉末冷凝速率为104～105K/s。
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
所得成品的氧含量低于75ppm，其粒径为0-300μm，平均粒径为170μm，其熔点193-206.5℃。所得焊粉中粗粉比例多，焊粉粒径分布范围过宽，焊粉形貌较差，焊粉表面不光滑，且焊粉中存在大量“花生”状及不规则状颗粒。
本发明通过调整制备方法步骤4)中的合金液温度、合金液流量、雾化气体压力及雾化气体气流速度参数，可以制得粒径分布范围为0-100μm、20-100μm、25-75μm、20-63μm、25-63μm、0-45μm、25-45μm、25-40μm、0-25μm的焊料合金粉末。
测试实验
1、熔点测量：
熔点测试在升温速率均为10℃/min条件下利用STA409PC差热扫描量热仪(TAInstrument)测试，样品质量为50mg，数值处理为软件自动计算得出，并以DSC曲线峰值温度记为焊料合金熔点值。
2、抗氧化性测试条件为：
称取0.6g的合金焊粉与一定量焊剂配制制成焊膏，在回流温度245℃，基板为尺寸30×30×0.3mm的无氧铜板，表面除氧除污，回流熔化后静止冷却到室温形成焊点，制备好的焊点同时放置在平板炉上加热相同时间，观察焊点亮度变化。
3、试样准备：
参照日本工业标准JIS Z 3198制备拉伸样及铜焊接试样测试。
4、力学性能数据按照GB/T228-2002的方法在AG-50KNE型万能材料实验机上测定，拉伸速度5mm/min，每个数据点测试三个试样取平均值。
本发明制备方法中步骤4)各参数由雾化设备计算机系统控制。
通过以上测试，得到表1中本发明实施例1-10焊料合金粉末及对比例1-2焊料合金粉末的熔点及抗氧化性能比较，及表2中本发明实施例1-10焊料合金粉末/Cu焊盘焊点及对比例1-2焊料合金粉末/Cu焊盘焊点的力学性能比较。
表1 焊料合金粉末熔点及抗氧化性能比较
表2 焊料合金粉末/Cu焊盘焊点力学性能比较
本发明LED用低成本无铅焊料合金粉末采取以下制备步骤：1)熔炼钎料合金。①将中间合金按重量百分比配比，并将其作为原材料放入感应炉坩埚中。②对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，然后充入惰性保护气体。③采用感应线圈对原材料进行熔炼。2)在喷嘴中通入高压雾化气体，雾化时，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末。3)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。通过以上实施例可以看到，本发明制备的焊料合金粉末为球形，并且该合金粉末具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性及优良的力学性能。
Claims (10)
1.一种LED用低成本无铅焊料合金粉末，其特征在于：该无铅焊料合金粉末的重量百分比组成为：Zn 6.5-9.5％，Bi 1.0-3.0％，Cu 0.5-1.0％，其余为Sn，所述无铅焊料合金粉末为球形，其氧含量低于80ppm。
2.根据权利要求1所述的无铅焊料合金粉末，其特征在于：所述的无铅焊料合金粉末还包括Ni，Ni的重量百分比为0.5-5％。
3.根据权利要求1或2所述的无铅焊料合金粉末，其特征在于：所述的无铅焊料合金粉末还包括Al，Al的重量百分比为0.5-1％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的无铅焊料合金粉末，其特征在于：所述的无铅焊料合金粉末还包括Cr，Cr的重量百分比为0.25-1％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的无铅焊料合金粉末，其特征在于：所述的无铅焊料合金粉末还包括Ti，Ti的重量百分比为0.2-2％。
6.一种LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)按照重量百分比配料，将原材料放入感应炉坩埚中；
2)对熔炼室及雾化室进行预抽真空处理，然后充入惰性保护气体；
3)采用感应线圈对原材料进行加热熔炼；
4)在喷嘴中通入高压雾化气体，高压雾化气体将从坩埚底部落入雾化室的熔化状态的合金液流击碎，形成强雾化的液滴，液滴在雾化罐中下降冷却成为合金粉末；
5)合金粉末冷却后经筛分分级，抽真空充氮气包装。
7.根据权利要求6所述的LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于：所述的原材料为金属Sn、Sn-10Cu中间合金、Sn-5Ni中间合金、Sn-6Al中间合金、Sn-5Cr中间合金、Zn-3Ti中间合金和/或金属Bi。
8.根据权利要求6所述的LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于：所述的感应炉坩埚为石墨坩埚。
9.根据权利要求6所述的LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于：抽真空处理至1×10-2-1×10-1Pa；充入惰性保护气体后，熔炼室压力为0.5MPa。
10.根据权利要求6所述的LED用低成本无铅焊料合金粉末的制备方法，其特征在于：所述的雾化温度为合金液熔点以上30-100℃，合金液流量为60-150kg/h，雾化气体压力为3.5-6.7MPa，雾化气体气流速度为400-1300m/s，使熔体液流充分破碎形成细小液滴；合金粉末的冷凝速率为104～105K/s。
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