CN104690442A - 一种低熔点无铅焊料合金及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低熔点无铅焊料合金及其制作方法，其特征在于:由铟、银、镓、锡组成，所述各组分质量百分比为:铟:10～20%，银:1.5～4%，镓:2.5-5%，锡:71～86%，金属抗氧化剂:0.1～1%和稀土金属:0.05-1%。本发明所述低熔点无铅焊料是一种降低焊料固化点温度的同时降低熔程的焊料；提高了焊接点在178℃≥T≥125℃条件下的焊接强度，用于在焊接过程中消除焊接温度对焊接物损伤,可适用于汽车后挡风玻璃插件焊接及电子精细元件的低温焊接等领域。

Description

一种低熔点无铅焊料合金及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种低熔点无铅焊料合金及其制作方法。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，给人类生活工作带来各种便利与舒适的同时，也因在产品中含铅焊料的使用而日益危害人类的身体健康和生态环境。欧盟领导下的电子电气设备废弃组织(WEEE)于2006年要求停止在电子装配工业中使用含铅材料。美国、日本等国企业纷纷开展无铅焊料的研究及全行业竭力全面实现无铅电子装配，这一切使无铅焊料的研究迫在眉睫。各种银锡系、锡铋银系，锡锌等产品相继问世，但由于去除焊料合金中的铅成分，很大程度的提升了焊料的焊接温度、降低了机械强度和焊接性能，导致挡风玻璃舌片焊接时损坏玻璃，伴随着冷却时间长，容易形成虚焊，效率不高。为迎接全球同步焊接无铅化的浪潮，避开国际上己发展的无铅焊料专利壁垒，开发适合中国国情的低成本、高性能的无铅焊料成为中国焊料企业的当务之急。

目前使用的无铅焊料主要是Sn-Ag系合金，由于其优良的高温稳定性和可操作性而被作为首选的含铅焊料的替补焊料。但是熔点过高始终是Sn-Ag合金的一个致命弱点，在汽车后档玻璃插件焊接和高精细电子元件焊接中使用Sn-Ag合金极易导致玻璃破裂或元件损伤，弱化了钢化玻璃的冲击强度。所以开发一种低熔点，短熔程的高强度无铅焊料，以满足汽车后档玻璃插件焊接和高精细电子元件焊接市场应用成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有上述产品的不足，提供一种熔点低、高强度，加工性能好、工艺简单、技术成熟，且焊接性能优良的低熔点无铅焊料合金的制作方法。

本发明采用的技术方案是：一种低熔点无铅焊料合金，其特征在于:由铟、银、镓、锡组成，所述各组分质量百分比为:铟:10～20%，银:1.5～4%，镓:2.5-5%，锡:71～86%，金属抗氧化剂:0.1～1%和稀土金属:0.05-1%。

本发明还包含有锌、铋中的任意一种或二种，并且所添加的总量为总质量的2.5～5%。

所述的低熔点无铅焊料合金的制作方法，其特征在于:先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，停止加热，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，待温度降至350℃，再加入铟、镓、金属抗氧化剂和稀土金属至完全熔化并搅拌均匀后浇铸成型；或在浇铸前再加入锌、铋中的任意一种或二种的成分搅拌均匀后浇铸成型。

在全球纷纷出台政策禁止使用含铅产品的大背景下，要满足焊料合金的焊接效果，需要从合金的熔点、熔程、润湿度、机械强度等发面全面考虑，本发明申请是在铟-银-锡（In-Ag-Sn）系的基础上增加了稀土元素和镓（Ga），同时也选择性的增加了锌（Zn）、铋（Bi）等成分；在锡为基料的基础上，铟组分具有降低熔点，提升强度的效果，但兼容性差；银组分具有兼容性好，机械性能好；铟、银组分在性能互补，但材料成本过高，导致使用成本居高不下，不具备明显的竞争优势。

同时增加锌组分，可显著降低合金的熔点，且熔化区间窄，机械强度高，同时保证了材料的低成本；但锌组分的缺点是易氧化、浸润性差；通过同时增加铋元素和微量稀土元素，根据不同元素的添加量适量添加金属抗氧化剂，则可有效改善浸润性，并降低合金熔点，提高材料的可塑性，达到性价比合理的优质无铅低熔点合金焊料。

本发明焊料具有如下特性:

1、熔点低:熔化温度为125-178℃；

2、熔程短:即焊料合金的固液相线差范围窄；

3、焊接机械强度高:标准插件能承受≥160N以上拉力；

4、润湿性:较大的润湿角度，较好的工艺性。

本发明制成的低熔点无铅焊料，适用于汽车后挡风玻璃插件焊接及电子精细元件的低温焊接等领域，增强了焊料的使用性能，提高了产品的品质，同时降低了生产成本；本焊料制造工艺简单，技术成熟，成本低的优点。

具体实施方式

下面根据具体实施方式并结合实例对本发明作进一步说明:

实施例1

分别称取含量为99.9%以上的的锡、铟、银、镓、抗氧化剂和含量98%以上的稀土金属，按质量比为83:10:2.5:4：0.45：0.05称料备用，先将锡和银珠在熔炼炉中加热至550℃熔化，并用电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热；待温度降至350℃时再加入铟、镓以及稀土金属至完全熔化并均匀搅拌20分钟，再加入抗氧化剂，然后，剔除氧化杂质浇铸成型。

所得焊料固相温度145℃，液相温度178℃。

实施例2

分别称取含量为99.9%以上的锡、铟、银、镓和含量98%以上的稀土金属，按质量比为78:15:3:3.9：0.1称料备用，制作方法同实施例1。所得焊料固相温度141℃，液相温度175℃。

实施例3

分别称取含量为含量为99.9%以上的以上的锡、铟、银、镓和含量98%以上的稀土金属，按质量比为75:20:3.8:1：0.2称料备用，制作方法同实施例1。所得焊料固相温度139℃，液相温度168℃。

实施例4

分别称取含量为99.9%以上的锡、铟、银、镓、锌、金属抗氧化剂和含量98%以上的稀土金属，按质量比为83.03:10:1.5:2.5:2.5：0.4：0.07称料备用，先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热，再加入铟、镓、锌、稀土至完全熔化，再加入抗氧化剂并搅拌均匀，待温度降至350℃时浇铸成型。所得焊料固相温度145℃，液相温度177℃。

实施例5

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、锌、金属抗氧化剂按质量比为69.5:20:4:1:5：0.5称料备用，先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热，再加入铟、镓、锌至完全熔化，再加入抗氧化剂并搅拌均匀，待温度降至350℃时浇铸成型。所得焊料固相温度138℃，液相温度168℃。

实施例6

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、铋按质量比为83.5:10:1.5:2.5:2.5称料备用，先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热，再加入铟、镓、铋至完全熔化并搅拌均匀，待温度降至350℃时浇铸成型。所得焊料固相温度144℃，液相温度171℃。

实施例7

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、铋按质量比为66:20:4:5:5称料备用，先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热，再加入铟、镓、铋至完全熔化并搅拌均匀，待温度降至350℃时浇铸成型。所得焊料固相温度128℃，液相温度158℃。

实施例8

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、锌、铋按质量比为81.5:10:1.5:2.5:1:3.5称料备用，先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热，再加入铟、镓、锌、铋至完全熔化并搅拌均匀，待温度降至350℃时浇铸成型。所得焊料固相温度145℃，液相温度171℃。

实施例9

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、锌、铋按质量比为79.5:10:3:2.5:2.5:2.5称料备用，方法同实施例8。所得焊料固相温度145℃，液相温度170℃。

实施例10

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、锌、铋按质量比为72.5:18:4:3:1:1.5称料备用，方法同实施例8。所得焊料固相温度138℃，液相温度168℃。

实施例11

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、锌、铋按质量比为68: 20:4:3:2.5:2.5称料备用，方法同实施例8。所得焊料固相温度135℃，液相温度167℃。

实施例12

分别称取99.9%的锡、铟、银、镓、锌、铋按质量比为76.5:10:5:5:1.5:2称料备用，方法同实施例8。所得焊料固相温度135℃，液相温度171℃。

Claims (4)

1.一种低熔点无铅焊料合金，其特征在于:由铟、银、镓、锡组成，所述各组分质量百分比为:铟:10～20%，银:1.5～4%，镓:2.5-5%，锡:71～86%，金属抗氧化剂:0.1～1%和稀土金属:0.05-1%。

2.根据权利要求1所述的低熔点无铅焊料合金，其特征在于: 还包含有锌、铋中的任意一种或二种，并且所添加的总量为总质量的2.5～5%。

3.一种权利要求1所述的低熔点无铅焊料合金的制作方法，其特征在于:先将锡在熔炼炉中加热至550℃熔化，再加入银珠至熔化并电磁搅拌均匀形成锡银合金，停止加热，待温度降至350℃时再加入铟、镓和稀土金属及金属抗氧化剂至完全熔化并搅拌均匀后浇铸成型。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于: 浇铸前还添加锌、铋中的任意一种或二种，并且所添加的总量为总质量的2.5～5%。