CN104741819A - 一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，主要用于电子器件金属镀层的软钎焊。该钎料由以下含量的成分组成：Sn15.5～16.5wt％、Sb7.0～8.0wt％、Ag0.01～1.2wt％，Pb余量。该钎料熔化温度适中，对金属镀层具有良好的润湿性，钎焊工艺性好，焊缝耐热冲击性能好，适用于电子器件银(合金)镀层、金镀层、铜的软钎焊。

Description

一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝及铝合金的低温钎料，具体涉及Sn-Zn-Ag-Ni合金钎料。
背景技术
电子工业中，软钎焊料产品质量的优劣直接影响着电子器件的焊接工艺、性能指标和使用寿命。针对宇航等特殊用途的电子器件，要求焊料中Pb含量大于3％，对金镀层、银(合金)镀层、铜具有良好的润湿性，且最好为共晶焊料。尤其是针对复杂器件，存在分级钎焊需求，要求熔化温度在100℃～400℃不同区间范围的分级焊料。已有商品焊料中InPbAg、SnPb、SnPbAg等可满足部分要求，但熔化温度在200℃～250℃的焊料仍为空白。欧洲进口的Pb-5Sn-10Sb(wt％)钎料，熔化温度适宜，钎焊工艺性较好，但对Cu润湿性不足，无法满足使用要求。
软钎焊料是低温钎焊时使用的一种金属连接材料。为了获得优质的钎焊接头，通常低温钎料应满足如下要求：(1)能润湿母材，并与其形成牢固的连接；(2)良好的流动性能，钎料借助毛细作用在接头中铺展，形成致密的钎缝；(3)成分均匀，熔化间隔小；(4)钎焊接头强度性能好，耐腐蚀，并能满足其他特殊性能的要求。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供一种具有较高强度的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，由以下含量的成分组成：Sn15.5～16.5wt％、Sb7.0～8.0wt％、Ag0.01～1.2wt％，Pb余量。
如上所述的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，优选地，所述钎料的形态为丝、箔或粉。
另一方面，本发明提供上述Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料在电子器件银镀层、金镀层、铜镀层软钎焊中的应用。
再一方面，本发明提供上述Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料的制备方法，该方法包括如下步骤：
A.按重量百分比，分别称取15.5～16.5％的Sn、7.0％～8.0％的Sb、0.01％～1.2％的Ag和余量Pb，上述组分总量100％；
B.利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至450℃～500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃～380℃，保温5分钟，进行浇铸，制成直径30mm棒状或厚度5mm板状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
C.将步骤B制得的合金铸锭经挤压、轧制或雾化制粉，分别制成焊丝、焊箔或焊粉。
如上所述的方法，优选地，所述雾化制粉步骤包括：以氮气作为雾化气体，将制得的棒状铸锭置于压力为0.5MPa～1.0MPa，温度为350℃～380℃的条件下，气雾化制成合金粉末，将该合金粉末，通过筛分，获得粒度在25um～45um的合金焊粉。
又一方面，本发明提供一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，其是采用如上所述的方法制备的。
本发明的有益效果在于以下几个方面：
1、本发明的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料适用于电子器件金镀层、银(合金)镀层、铜的钎焊。
2、本发明的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料为近共晶钎料，熔化温度236℃～243℃。
3、本发明的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料合理调配各组分的配比，其中Sn的含量为15.5～16.5％，在保证钎料对基体材料润湿性的同时，又避免了对镀层的过度侵蚀；少量Ag的添加亦可抑制钎料对镀层的侵蚀。该钎料对镀层具有良好的润湿性，铺展系数大于92％，钎焊工艺性好。
4、本发明的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料抗拉强度高达70MPa。
5、本发明制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料形态包括丝、箔、粉，制备方法简单，利于批量生产。
附图说明
图1为本发明制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料的工艺流程图。
图2为本发明实施例2得到的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料的差热分析图谱。
图3为本发明实施例2得到的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料用于钎焊试验，剖切得到的焊接界面照片。
图4为本发明实施例2制得的钎料箔照片。
具体实施方式
实施例1：制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料(一)
步骤1：金属原料称重
分别称取158克Sn、0.1克Ag、78克Sb和763.9克Pb；
步骤2：合金熔铸
利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃，保温5分钟，进行浇铸，制成直径30mm棒状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
步骤3：焊丝制备
将熔铸后的合金棒状铸锭，经过挤压机挤压，制成直径1mm焊丝。
实施例2：制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料(二)
步骤1：金属原料称重
分别称取159克Sn、0.5克Ag、76克Sb和764.5克Pb；
步骤2：合金熔铸
利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃，保温5分钟，进行浇铸，制成厚度5mm板状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
步骤3：焊箔制备
将熔铸后的合金板状铸锭，经过轧机轧制，制成厚度0.1mm焊箔。
将得到的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料用于钎焊试验，基体材料为纯Cu片，在加热平台上完成钎焊，钎焊温度260℃。剖切得到的焊接界面照片如图3所示，试验表明钎料对纯Cu润湿性好，焊着率高于95％。钎料箔照片如图4所示。
实施例3：制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料(三)
步骤1：金属原料称重
分别称取160克Sn、10克Ag、75克Sb和755克Pb；
步骤2：合金熔铸
利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃，保温5分钟，进行浇铸，制成直径30mm棒状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
步骤3：焊粉制备
采用气雾化制粉法，以氮气作为雾化气体，将制得的棒状铸锭置于压力为0.6MPa，温度为350℃的条件下，气雾化制成合金粉末，将该合金粉末，通过筛分，获得粒度在25um～45um的合金焊粉。
实施例4：制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料(四)
步骤1：金属原料称重
分别称取162克Sn、10克Ag、74克Sb和754克Pb；
步骤2：合金熔铸
利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃，保温5分钟，进行浇铸，制成直径30mm棒状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
步骤3：焊丝制备
将熔铸后的合金棒状铸锭，经过挤压机挤压，制成直径1mm焊丝。
实施例5：制备Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料(五)
步骤1：金属原料称重
分别称取164克Zn、10克Ag、72克Ni和754克Pb；
步骤2：合金熔铸
利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃，保温5分钟，进行浇铸，制成厚度5mm板状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
步骤3：焊箔制备
将熔铸后的合金板状铸锭，经过轧机轧制，制成厚度0.1mm焊箔。
实施例6性能测试
分别对实施例1-5制备的钎料进行物理测试和力学性能测试，并与已有的钎料性能进行比较，取得试验数据见表1。实施例2制得的钎料差热分析曲线见说明书附图2，其中Te指钎料固相温度，Tf指钎料液相温度。
表1
固相温度 液相温度 钎焊温度 抗拉强度 铺展系数
实施例1 236.8℃ 243.9℃ 280℃ 71MPa 93.4％
实施例2 236.7℃ 242.8℃ 280℃ 71MPa 92.1％
实施例3 236.7℃ 243.1℃ 280℃ 70MPa 94.2％
实施例4 236.6℃ 243.9℃ 280℃ 70MPa 93.7％
实施例5 236.1℃ 243.2℃ 280℃ 72MPa 92.8％
SnPb37 183℃ 183℃ 210℃ 41MPa 90.8％
SnPbAg36-2 179℃ 179℃ 210℃ 44MPa 91.2％
上述实施例中仅仅举出本发明Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料部分的实施例，在上述本发明的技术方案中：所述的合金组分中锡、银、锑的含量在规定范围内可自由选择，此处不再一一列举，故以上的说明所包含的技术方案应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，其特征在于，该钎料由以下含量的成分组成：Sn15.5～16.5wt％、Sb7.0～8.0wt％、Ag0.01～1.2wt％，Pb余量。
2.如权利要求1所述的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，其特征在于，所述钎料的形态为丝、箔或粉。
3.如权利要求1或2所述的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料在电子器件银镀层、金镀层、铜镀层软钎焊中的应用。
4.如权利要求1或2所述的Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
A.按重量百分比，分别称取15.5～16.5％的Sn、7.0％～8.0％的Sb、0.01％～1.2％的Ag和余量Pb，上述组分总量100％；
B.利用中频感应炉，将称取的Pb、Sn、Sb、Ag金属原料搁置在石墨坩埚内，利用中频感应炉，加热至450℃～500℃熔炼，待金属熔清后，降温至350℃～380℃，保温5分钟，进行浇铸，制成直径30mm棒状或厚度5mm板状的Pb-Sn-Sb-Ag合金铸锭；
C.将步骤B制得的合金铸锭经挤压、轧制或雾化制粉，分别制成焊丝、焊箔或焊粉。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述雾化制粉步骤包括：以氮气作为雾化气体，将制得的棒状铸锭置于压力为0.5MPa～1.0MPa，温度为350℃～380℃的条件下，气雾化制成合金粉末，将该合金粉末，通过筛分，获得粒度在25um～45um的合金焊粉。
6.一种Pb-Sn-Sb-Ag合金钎料，其特征在于，其是采用如权利要求4或5所述的方法制备的。
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