CN106624433A - 低熔点无铅焊料合金 - Google Patents

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曹立兵
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent

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Abstract

本发明提出了一种低熔点无铅焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：铋10～30％、银0.6～1.8％、纳米三氧化二铁颗粒0.3～0.8％与钒0.02～0.1％，余量为锡。该焊料合金不仅具有很低的熔点，而且具有良好的润湿性能和抗剪切性能，含银量低，成本低。

Description

低熔点无铅焊料合金
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种低熔点无铅焊料合金。
背景技术
Sn-Pb焊料在电子工业的应用已有相当长的时间，由于它具有较低的熔点、较高的性价比以及易获得性，使其成为最主要的低温焊料体系，被广泛用于有色金属、食品容器、建筑、机械以及管道装置的焊接等领域。然而，随着信息时代的到来，电子产品层出不穷，这些电子产品在造福人类的同时，其所含有的铅也日益污染生态环境和人类的身体健康。我国政府也及时制定了《电子信息产品生产污染防治管理办法》，并于2006年7月开始执行。
当前业界比较认可的无铅焊料主要是Sn-Ag-Cu系和Sn-Bi系，尤以前者为代表。因为Sn-Ag-Cu系合金焊料容易获得，技术问题较少，与传统焊料的相容性好，焊点的可靠性高。但是应用Sn-Ag-Cu系合金焊料完全取代锡铅系焊料是不现实的，除去成本因素，最主要的是Sn-Ag-Cu系焊料的熔点高于锡铅系焊料，导致焊接温度上升。使对于耐热性较差的元器件容易造成热损伤，导致平面基板弯曲变形，增强其损坏的可能性。这就意味着采用Sn-Ag-Cu无铅焊料对焊接设备、焊接工艺、电子元件及基板材料的耐温性能等一系列工程提出了严峻的挑战。
Sn-Bi系焊料的共晶熔点非常低，仅为139℃，低于传统Sn-37Pb焊料合金(183℃)，低熔点使其在分级封装的外层和靠近对温度敏感的内层具有非常大的优势，而且表面组装后在100℃的温度循环试验中也表现出优异的特性。由于SnBi共晶焊料的耐热疲劳及延展性较差，使其焊接可靠性不足且加工线材困难，限制了其进一步的推广及应用。因此，细化焊料组织、提高焊料延伸率成为SnBi焊料研究亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明提出一种低熔点无铅焊料合金，该焊料合金不仅具有很低的熔点，而且具有良好的润湿性能和抗剪切性能，含银量低，成本低。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低熔点无铅焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋10～30％、银0.6～1.8％、纳米三氧化二铁颗粒0.3～0.8％与钒0.02～0.1％，余量为锡。
较优选地，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋20％、银1.2％、纳米三氧化二铁颗粒0.6％与钒0.08％，余量为锡。
进一步，所述纳米三氧化二铁颗粒的粒径为10～50nm。
进一步，本发明的一些实施例中还含有重量百分数为0.0002％～0.0005％的Co，可以改善界面金属间化合物的厚度。
本发明的有益效果：
1、本发明通添加纳米三氧化二铁颗粒起到弥散强化的作用，提高了焊接接头中焊料部分的抗剪切性能，再添加钒有效地消除了纳米三氧化二铁颗粒的磁性，同时大大提高了焊料合金的稳定性。
2、Ag能够与Sn基体形成Sn-Ag共晶(Ag3Sn)，提高焊料的力学性能，但Ag的量如果添加的太多，则会增加焊料的成本；如果加入的太少，则提高力学性能的效果不显著。
3、焊料合金共晶温度在150℃～160℃左右，使焊料的润湿性变得更好。
具体实施方式
实施例1
一种低熔点无铅焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋20％、银1.2％、纳米三氧化二铁颗粒0.6％与钒0.08％，余量为锡。
制备方法：
按照本实施例中的Bi、Ag、纳米Fe2O3、V和Sn的重量百分比称取所需的原料，加入到炉中，然后升温到600℃熔融，完全熔化后开始计时，再保温120min。在此期间，每隔10min用陶瓷棒搅拌一次，使合金成分充分均匀化。两小时后，将热坩埚从炉中取出，放在空气中冷却至室温(20℃)，然后从坩埚中取出，即得本发明低熔点无铅焊料合金。
实施例2
一种低熔点无铅焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋22％、银1.2％、纳米三氧化二铁颗粒0.7％、0.0004％的Co与钒0.08％，余量为锡。
按照本实施例中的Bi、Ag、纳米Fe2O3、V、Co和Sn的重量百分比称取所需的原料，加入到炉中，然后升温到600℃熔融，完全熔化后开始计时，再保温120min。在此期间，每隔10min用陶瓷棒搅拌一次，使合金成分充分均匀化。两小时后，将热坩埚从炉中取出，放在空气中冷却至室温(20℃)，然后从坩埚中取出，即得本发明低熔点无铅焊料合金。
实施例3
一种低熔点无铅焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋10％、银1.8％、纳米三氧化二铁颗粒0.8％、0.0005％的Co与钒0.1％，余量为锡。
本实施例中的低熔点无铅焊料的制备方法同实施例2中所述的方法一致，区别仅在于无铅焊料合金各成分的重量百分数按照本实施例中比例称取。
实施例4
一种低熔点无铅焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋30％、银0.6％、纳米三氧化二铁颗粒0.3％、0.0002％的Co与钒0.02％，余量为锡。
本实施例中的低熔点无铅焊料的制备方法同实施例2中所述的方法一致，区别仅在于无铅焊料合金各成分的重量百分数按照本实施例中比例称取。
随机选取上述实施例中得到的低熔点无铅焊料合金，对其液相线温度、固相线温度、剪切强度和延伸率的性能进行测试，具体测试结果见以下表1。
表1实施例1-4低熔点无铅焊料合金性能检测结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低熔点无铅焊料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋10～30％、银0.6～1.8％、纳米三氧化二铁颗粒0.3～0.8％与钒0.02～0.1％，余量为锡。
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，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
铋20％、银1.2％、纳米三氧化二铁颗粒0.6％与钒0.08％，余量为锡。
3.根据权利要求1或2所述的低熔点无铅焊料合金，其特征在于，所述纳米三氧化二铁颗粒的粒径为10～50nm。
4.根据权利要求1或2所述的低熔点无铅焊料合金，其特征在于，还含有重量百分数为0.0002％～0.0005％的Co。
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