CN106624434A - 锡锑焊料合金 - 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

本发明提出了一种锡锑焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：锑10～16％、银2.0～3.0％、锌5～8％、纳米三氧化二铁颗粒0.3～0.8％、钒0.02～0.1％与RE 0.002～0.006％，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。

Description

锡锑焊料合金
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种锡锑焊料合金。
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-Sb系焊料由于共晶熔点234～240℃比较高，高于低于传统Sn-37Pb焊料合金(183℃)，导致其应用受到极大限制。但是，Sn-Sb系焊料与Sn-Bi系焊料相比具有耐热性好，与Sn-Zn系焊料相比润湿性好，抗氧化性好。因此，细化焊料组织、降低焊料熔点成为Sn-Sb焊料研究亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明提出一种锡锑焊料合金，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。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锡锑焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑10～16％、银2.0～3.0％、锌5～8％、纳米三氧化二铁颗粒0.3～0.8％、钒0.02～0.1％与RE 0.002～0.006％，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：
锑12％、银2.4％、锌6％、纳米三氧化二铁颗粒0.6％、钒0.06％与RE 0.004％，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，所述RE为La、Pr、Er、Dy或者Nd。稀土元素采用单一稀土元素而不采用混合物，是为了避免混合稀土元素对纳米三氧化二铁颗粒对晶体颗粒形成过程的不利影响，特别是抑制其弥散强化的作用。而单一稀土元素能够提高焊料合金的光泽性，细化晶粒的作用。
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、本发明将锑的含量控制在10～16％，从而既能够达到降低焊料温度的效果，又能够保证焊料的剪切强度性能。同时通过加入少量的银与锌，能够将焊料合金降低至210℃～215℃左右。为了克服添加锌带来的氧化性问题以及润湿性的问题，我们在添加了少量的钒元素与稀土元素的配合来解决该问题，如果钒元素与稀土元素的添加量超过本发明的量，可会带来合金扩展率以及润湿性能变差的问题。
具体实施方式
实施例1
一种锡锑焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑12％、银2.4％、锌6％、纳米三氧化二铁颗粒0.6％、钒0.06％与Pr 0.004％，余量为锡。纳米三氧化二铁颗粒的粒径为50nm。
制备方法：
按照本实施例中的Sb、Ni、Zn、纳米Fe2O3、V、Pr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500℃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，即得本发明锡锑焊料合金。
实施例2
一种锡锑焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑14％、银2.8％、锌6％、纳米三氧化二铁颗粒0.4％、钒0.03％与Dy 0.003％，余量为锡。纳米三氧化二铁颗粒的粒径为10nm。
按照本实施例中的Sb、Ni、Zn、纳米Fe2O3、V、Dy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480℃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，即得本发明锡锑焊料合金。
实施例3
一种锡锑焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑10％、银3.0％、锌8％、纳米三氧化二铁颗粒0.8％、钒0.1％与Nd 0.006％，余量为锡。纳米三氧化二铁颗粒的粒径为10nm。
本实施例中的低熔点无铅焊料的制备方法同实施例1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
一种锡锑焊料合金，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑16％、银2.0％、锌5％、纳米三氧化二铁颗粒0.3％、钒0.02％与Er 0.002％，余量为锡。纳米三氧化二铁颗粒的粒径为10nm。
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锡锑焊料合金，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锡锑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)

1.一种锡锑焊料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑10～16％、银2.0～3.0％、锌5～8％、纳米三氧化二铁颗粒0.3～0.8％、钒0.02～0.1％与RE 0.002～0.006％，余量为锡。
2.根据权利要求1所述的锡锑焊料合金，其特征在于，按照重量百分数计算，包括以下原料制成：
锑12％、银2.4％、锌6％、纳米三氧化二铁颗粒0.6％、钒0.06％与RE 0.004％，余量为锡。
3.根据权利要求1或2所述的锡锑焊料合金，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所述的锡锑焊料合金，其特征在于，所述RE为La、Pr、Er、Dy或者Nd。
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