CN106271187B - 一种无铅高温抗氧化焊料及其制备方法 - Google Patents

一种无铅高温抗氧化焊料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无铅高温抗氧化焊料,按重量百分数计,由如下组分组成:银0.001~5.0%、铜0.001~11%、镍0.001~0.1%、铟0.001~0.1%、磷0.001~0.15%、锗0.001~0.08%、余量为锡。本发明还提供了前述无铅高温抗氧化焊料的制备方法。与现有技术相比,本发明提供的无铅高温抗氧化焊料,在高温(250℃~510℃)焊接时,极少氧化渣,并能保持在此温度下锡炉表面光亮基本无氧化,焊料在500℃可维持50秒不被氧化,大大提升了焊接效率,抗高温氧化性能佳;焊接时比普通的Sn‑Ag‑Cu系更少焊接缺陷,焊点表面特别光亮,焊点饱满、无连焊,有效的提高了焊接质量,环保安全。

Description

一种无铅高温抗氧化焊料及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域,特别涉及一种组分中不含铅、并在高温焊接条件下具有良好抗氧化能力的无铅高温抗氧化焊料及其制备方法。
背景技术
电子工业的焊接材料主要以锡铅合金为主,虽然锡铅合金具有优异的焊接性能,但铅是有毒的物质,进入人体后在骨骼中不断积累且不易排出,造成操作人员铅中毒。因此日本、欧盟及美国都相继制定了自己的焊料无铅化时间表及标准,日本企业在其电子产品中已开始使用无铅焊料。在我国许多的企业已接到相应出口国的通告,定出实现无铅焊接的时间表。根据现有的许多技术资料,无铅焊料的使用基于Sn-Ag-Cu系。已有许多国外及中国的专利据不同的使用特点作了不同的合金成分组合的焊料,以期完全取代锡铅焊料。但现有的无铅焊料,进行焊接过程中,往往存在如:在高温下抗氧化性能差、焊渣过多、桥接缺陷较多、合金组织不细致、焊接后焊点没有光泽、焊缝不够光滑、堆焊层易裂缝、流动性差、焊接后容易引起拉尖和桥连、焊点外观差等现象,成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术的上述不足,提供一种无铅高温抗氧化焊料,在高温(250℃~510℃)焊接时,极少氧化渣,焊料在500℃可维持50秒不被氧化,大大提升了焊接效率,抗高温氧化性能佳,而且焊接时缺陷少,焊点表面特别光亮,焊点饱满、无连焊。
本发明的目的还在于,提供前述无铅高温抗氧化焊料的制备方法。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是:
一种无铅高温抗氧化焊料,按重量百分数计,由如下组分组成:银0.001~5.0%、铜0.001~11%、镍0.001~0.1%、铟0.001~0.1%、磷0.001~0.15%、锗0.001~0.08%、余量为锡。
作为对本发明的技术方案的改进之一,一种无铅高温抗氧化焊料,按重量百分数计,由如下组分组成:银0.001~3.0%、铜0.001~8%、镍0.001~0.05%、铟0.001~0.06%、磷0.001~0.1%,锗0.001~0.07%、余量为锡。
作为对本发明的技术方案的改进之一,一种无铅高温抗氧化焊料,按重量百分数计,由如下组分组成:银2%、铜8%、镍0.04%、铟0.005%、磷0.001%,锗0.06%、余量为锡。
一种前述的无铅高温抗氧化焊料的制备方法,其包括以下步骤:
S1:按设定的重量配比称取原料,将锡放入一钢制的容器中,将钢制容器置于电炉上,在260℃~360℃下加热,使锡熔化成液态;
S2:将银、铜、镍、铟、磷、锗加入钢制的容器中,搅拌使其充分熔化;
S3:加入氯化铵溶液到钢制的容器中,在高温下除氧除杂;
S4:将搅拌好的焊料倒入模具中,即得到所需的焊料。
作为对本发明的技术方案的改进之一,所述的步骤S2中搅拌的时间为25-30分钟。
作为对本发明的技术方案的改进之一,所述的步骤S3中氯化铵溶液的质量占焊料原料总质量的0.3-0.5%。
作为对本发明的技术方案的改进之一,所述的步骤S3中氯化铵溶液的质量分数为38-42%。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明提供的无铅高温抗氧化焊料,对焊料的组分精心调配,并采用适当的制备方法,焊料在高温(250℃~510℃)焊接时,极少氧化渣,并能保持在此温度下锡炉表面光亮基本无氧化,焊接后锡炉能保持更长时间的无氧化状态,与现有焊料在500℃维持不到10秒就会出现氧化现象相比,本发明的高温抗氧化焊料可以在500℃维持50秒不被氧化,大大提升了焊接效率,抗高温氧化性能佳;焊接时比普通的Sn-Ag-Cu系更少焊接缺陷,在不大于500℃时,焊点表面特别光亮,焊点饱满、无连焊,更容易与基材(固材)产生良好亲和力,焊缝光滑美观,耐用,有效的提高了焊接质量,有利于环境保护,有效地避免操作人员铅中毒。
上述是发明技术方案的概述,以下结合具体实施方式,对本发明做进一步说明。
具体实施方式:
为了使本发明的目的和技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例作详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
制备实施例1:本实施例提供的无铅高温抗氧化焊料及其制备方法,该无铅高温抗氧化焊料按重量百分数计,由如下组分组成:银2%、铜8%、镍0.04%、铟0.005%、磷0.001%,锗0.06%、余量为锡。首先,按设定的重量配比称取原料,将锡放入一钢制的容器中,将钢制容器置于电炉上,在260℃下加热,使锡熔化成液态;之后将银、铜、镍、铟、磷、锗加入钢制的容器中,搅拌25分钟,使其充分熔化;之后加入占焊料原料总质量0.3%的氯化铵溶液到钢制的容器中,在高温下除氧除杂,其中氯化铵溶液的质量分数为42%;将搅拌好的焊料倒入模具中,即得到所需的焊料。
本实施例提供的无铅高温抗氧化焊料,是经过严格试验得到的合理配比的焊料,在高温(250℃~510℃)焊接时,极少氧化渣,焊点表面特别光亮,焊点饱满、无连焊,适用于高温焊接的无铅焊锡条,可用于自动焊锡机焊接、手工浸焊或火焰喷焊、高频焊接等,还可以通过调整合金成份的含量以达到不同温度的最佳使用效果,可广泛用于电子、电器及通信设备领域中各电子元器件和产品的软钎焊焊接,高温焊接的最佳作业温度为460℃-480℃。
制备实施例2:本实施例提供的无铅高温抗氧化焊料及其制备方法,其与实施例1基本相同,不同之处在于:
本实施例的无铅高温抗氧化焊料按重量百分数计,由如下组分组成:银5.0%、铜5.1%、镍0.1%、铟0.05%、磷0.15%、锗0.04%、余量为锡。具体制备过程中:在300℃下加热,使锡熔化成液态;加入银、铜、镍、铟、磷、锗,并搅拌28分钟;加入重量占焊料原料总质量0.5%的氯化铵溶液除氧除杂后,出料,其中氯化铵溶液的质量分数为38%。
其他与实施例1相同,在此不再累赘。
制备实施例3:本实施例提供的无铅高温抗氧化焊料及其制备方法,其与实施例1基本相同,不同之处在于:
本实施例的无铅高温抗氧化焊料按重量百分数计,由如下组分组成:银0.001%、铜11%、镍0.05%、铟0.1%、磷0.06%、锗0.08%、余量为锡。具体制备过程中:在360℃下加热,使锡熔化成液态;加入银、铜、镍、铟、磷、锗,并搅拌30分钟;加入重量占焊料原料总质量0.4%的氯化铵溶液除氧除杂后,出料,其中氯化铵溶液的质量分数为40%。
其他与实施例1相同,在此不再累赘。
制备实施例4:本实施例提供的无铅高温抗氧化焊料及其制备方法,其与实施例1基本相同,不同之处在于:
本实施例的无铅高温抗氧化焊料按重量百分数计,由如下组分组成:银3.2%、铜0.001%、镍0.001%、铟0.001%、磷0.03%、锗0.006%、余量为锡。具体制备过程中:在280℃下加热,使锡熔化成液态;加入银、铜、镍、铟、磷、锗,并搅拌27分钟;加入重量占焊料原料总质量0.35%的氯化铵溶液除氧除杂后,出料,其中氯化铵溶液的质量分数为39%。
其他与实施例1相同,在此不再累赘。
性能实施例1:
将实施例1制得的焊料放入一个可装3Kg合金的不锈钢盒中,再放入马沸炉中,升温从250℃开始记录。试验结果如表1。
表1:
温度(℃) 熔化的焊料表面 温度(℃) 熔化的焊料表面
250 光亮略显少许银白色 400 光亮略显少许银白色
270 光亮略显少许银白色 420 光亮略显少许银白色
290 光亮略显少许银白色 440 光亮略显少许银白色
320 光亮略显少许银白色 480 光亮略显少许银白色
350 光亮略显少许银白色 500 光亮略显少许银白色
380 光亮略显少许银白色 510 光亮略显金黄色
实验结果说明,在250-510℃下,焊料均具有良好的抗氧化性,到510℃时,熔化的焊料表面开始氧化。
性能实施例2:
将制备实施例2制得的焊料放入可装3kg合金的不锈钢盒中,再置入温度可达1000℃的马沸炉中,升温从250℃开始记录,试验结果如表2所示。
表2:
温度(℃) 熔化的焊料表面 温度(℃) 熔化的焊料表面
250 光亮如镜面 400 光亮如镜面
270 光亮如镜面 420 光亮如镜面
290 光亮如镜面 440 光亮如镜面
320 光亮如镜面 480 表面出现油滴状且略带黄色
350 光亮如镜面 500 表面出现金黄色
380 光亮如镜面 440 光亮如镜面
试验结果说明,该焊料的抗氧化性能在480℃~500℃没有试验例1的好,但在480℃以下抗氧化性能优于性能实施例1。
性能实施例3:
将本发明组成为:银3%,铜0.45%,镍0.04%,铟0.05%,磷0.02%,锗0.03%,锡余量的焊料与组成为:Ag 3%,Cu 0.45%,Sn余量的焊料作对比试验。
条件:焊接线路板40块,工作温度270℃±5℃、喷雾方式,其他工作条件相同。试验结果如表3、表4所示。
表3:
Figure BDA0001113261230000071
表4:
Figure BDA0001113261230000072
试验结果表明,比较例焊接缺陷比本发明高30%。
性能实施例4:
将制备实施例1-4的无铅高温抗氧化焊料用于焊接电路板,耐高温氧化情况测试结果如表5。
表5:
焊料序号 焊接温度(℃) 焊料表面状态 维持时间(秒)
制备实施例1 510 光亮略显金黄色 46
制备实施例2 500 光亮略显少许银白色 50
制备实施例3 480 光亮略显少许银白色 53
制备实施例4 490 光亮略显少许银白色 51
本发明的高温抗氧化焊料可以在500℃维持50秒不被氧化,大大提升了焊接效率,抗高温氧化性能佳。
根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种无铅高温抗氧化焊料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:按设定的重量配比称取原料,将锡放入一钢制的容器中,将钢制容器置于电炉上,在260℃~360℃下加热,使锡熔化成液态;
S2:将银、铜、镍、铟、磷、锗加入钢制的容器中,搅拌使其充分熔化;
S3:加入氯化铵溶液到钢制的容器中,在高温下除氧除杂;
S4:将搅拌好的焊料倒入模具中,即得到所需的焊料;
所述的步骤S3中氯化铵溶液的重量占焊料原料总重量的0.3-0.5%;
所述的步骤S3中氯化铵溶液的质量分数为38-42%;
所述无铅高温抗氧化焊料,按重量百分数计,由如下组分组成:银2.0%、铜8%、镍0.04%、铟0.005%、磷0.001%、锗0.06%、余量为锡。
2.如权利要求1所述的无铅高温抗氧化焊料的制备方法,其特征在于,所述的步骤S2中搅拌的时间为25-30分钟。
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