CN107877031A - 一种无铅低温焊料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊料技术领域，尤其涉及一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋0.001％～58.0％、银0.001％～1.0％、锑0.001％～2.0％、铟0.001％～0.1％、磷0.001％～0.15％、锗0.001％～0.08％、铍0.001％～0.015％，铈0.001％～0.015％；余量为锡。相对于现有技术，本发明在139℃～200℃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200℃‑260℃可维持50秒不被氧化，大大提升了焊接效率，减少了对PCBA板电子元器件的伤害；低温焊料抗氧化性能佳；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

一种无铅低温焊料及其制备方法

技术领域

本发明属于焊料技术领域，尤其涉及一种无铅低温焊料及其制备方法。

背景技术

电子产业界实施无铅焊料已是大势所趋，学界和业界已经认可以Sn-Ag-Cu为代表的无铅合金在焊接品质和长期可靠性方面的表现。然而在高密度信息设备与便携式设备中，基板多层化或器件内藏化需要低温安装技术。此外，对于不耐热的元器件、防雷设备、温度敏感器件设备、LED照明行业、低温作业等环境的焊接时，均需采用低温焊接，而不能使用Sn-Ag-Cu系高熔点焊料，因此低温无铅焊料应运而生。

但是，现有技术中的无铅低温焊料在焊接时会有比较多的氧化渣，焊接质量较差，安全性不够。

有鉴于此，本发明旨在提供一种无铅低温焊料及其制备方法，其在139℃～200℃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200℃-260℃可维持50秒不被氧化，大大提升了焊接效率，及对PCBA板电子元器件的伤害；低温焊料抗氧化性能佳；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。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种无铅低温焊料，其在139℃～200℃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200℃-260℃可维持50秒不被氧化，大大提升了焊接效率，减少了对PCBA板电子元器件的伤害；低温焊料抗氧化性能佳；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。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋0.001％～58.0％、银0.001％～1.0％、锑0.001％～2.0％、铟0.001％～0.1％、磷0.001％～0.15％、锗0.001％～0.08％、铍0.001％～0.015％，铈0.001％～0.015％；余量为锡。

作为本发明无铅低温焊料的一种改进，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋1％～30％、银0.1％～0.5％、锑0.1％～1.5％、铟0.01％～0.05％、磷0.008％～0.1％、锗0.008％～0.05％、铍0.005％～0.01％，铈0.005％～0.01％；余量为锡。

作为本发明无铅低温焊料的一种改进，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋15％、银0.3％、锑0.8％、铟0.03％、磷0.05％、锗0.015％、铍0.008％，铈0.008％；余量为锡。

作为本发明无铅低温焊料的一种改进，所述低温焊料的制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为150目-200目，氧含量为千分之三至千分之五；含氧量不能太高，因为太高会使焊料失去活性，不容易浸润基材表面，因而失去焊接性能。

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为3h-10h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成0.8mm-1.2mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为480℃-600℃，烧结1h-5h，压延退火，得到焊料。

作为本发明无铅低温焊料的一种改进，退火的温度为350℃-500℃，保温时间为20min-60min，真空度不低于0.01Pa。

相对于现有技术，本发明的无铅低温焊料在钎焊时流动性好、润湿性好，焊点强度高。通过在焊料中加入适量比例的铟和铍，使得该焊料在紫铜、黄铜以及镍基合金上具有很好的“润湿性能”，而且铍可用作具有小原子的金属，该金属原子够小而能进入锡晶体结构内的间隙位置，从而防止产生晶须，同时，锑的加入还可以防止产生锡相变及防止锡晶须的产生。

铟、铋、银和铈可以降低焊料的熔点，减少表面张力，但是Bi的使用会导致界面层不稳定使得焊料的抗疲劳能力较差、可靠性差。铈还可以脱氧、脱硫、均匀细化晶粒、提高机械能力和抗氧化能力，铟和锑还可以提高焊料的抗疲劳性，但是铟和锑含量不能太高，否则会提高焊料的熔化温度，降低焊料的塑性和疲劳寿命，并降低对Cu的润湿性。具体的，铟可作为取代溶质原子进入Sn基体晶格中，该溶质In可强化固溶体并促进良好的滑移性，以提高抗疲劳能力。Ag的含量也不能太高，否则会增加脆性。锑还能够改善焊料的润湿性，锑与银可形成金属间化合物，铟与银也能形成金属间化合物，从而增强了合金强度，提高焊料的抗冲击强度，改善合金热疲劳抵抗力，加强抗老化性能，改良结合点的颗粒大小。磷和锗的加入可以增加强度、提高抗氧化能力，抑制与氧结合而产生的金属氧化物，可以提高焊接部承受热变形及应力的热疲劳特性，防止结晶颗粒粗大化，以减少焊接不为产生裂缝的可能性，确保可靠焊接。

而且，由于减少了构成焊料的金属产生金属氧化物的产生量，从而在根本上杜绝因桥接等产生的不良焊接。由此可见，上述金属之间相互作用，协同增效，可以达到以下技术效果：在139℃～200℃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200℃-260℃可维持50秒不被氧化，大大提升了焊接效率，降低了对PCBA板电子元器件的伤害；低温焊料抗氧化性能佳；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。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋15％、银0.3％、锑0.8％、铟0.03％、磷0.05％、锗0.015％、铍0.008％，铈0.008％；余量为锡。

其制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为150目，氧含量为千分之三；

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为5h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成1.0mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为500℃，烧结3h，压延退火，得到焊料。

其中，退火的温度为375℃，保温时间为40min，真空度不低于0.01Pa。

实施例2

本实施例提供的一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋1.0％、银0.01％、锑0.01％、铟0.01％、磷0.01％、锗0.01％、铍0.01％，铈0.01％；余量为锡。

其制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为170目，氧含量为千分之五；

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为6h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成0.9mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为540℃，烧结4h，压延退火，得到焊料。

退火的温度为480℃，保温时间为30min，真空度不低于0.01Pa。

实施例3

本实施例提供的一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：

铋10.0％、银0.05％、锑0.08％、铟0.03％、磷0.07％、锗0.03％、铍0.07％，铈0.08％；余量为锡。

其制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为200目，氧含量为千分之三；

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为8h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成1.1mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为520℃，烧结4h，压延退火，得到焊料。

退火的温度为380℃，保温时间为50min，真空度不低于0.01Pa。

实施例4

本实施例提供的一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋25％、银0.3％、锑0.5％、铟0.07％、磷0.09％、锗0.02％、铍0.009％，铈0.009％；余量为锡。

其制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为180目，氧含量为千分之四；

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为3h-10h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成1.2mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为550℃，烧结4h，压延退火，得到焊料。

退火的温度为420℃，保温时间为30min，真空度不低于0.01Pa。

实施例5

本实施例提供的一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋30％、银0.8％、锑1.5％、铟0.06％、磷0.12％、锗0.06％、铍0.0012％，铈0.012％；余量为锡。

其制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为190目，氧含量为千分之三点五；

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为4h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成0.8mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为510℃，烧结5h，压延退火，得到焊料。

退火的温度为400℃，保温时间为50min，真空度不低于0.01Pa。

对比例1

本对比例提供的一种无铅低温焊料，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：银0.8％，铜1.5％，余量为锡。

测试实施例1至5和对比例1的焊料的晶粒大小、抗氧化性、可焊性和焊接强度，所得结果见表1：

表1：实施例1至5和对比例1的焊料的测试结果

组别	晶粒大小	抗氧化性	可焊性	焊接强度(kgf)
					实施例1	较小	好	好	12.3
实施例2	较小	好	好	11.9
					实施例3	较小	好	好	12.8
实施例4	较小	好	好	12.5
					实施例5	较小	好	好	11.3
对比例1	较大	差	差	8.9

表1中，晶粒较小系指晶粒尺寸在不大于40μm的晶粒，较大系指大于50μm的晶粒；抗氧化性好系指在139℃～200℃下8小时不变色，表面光亮基本无氧化，氧化渣的出渣率小于0.3％，并且焊料在200℃-260℃可维持50秒不被氧化。可焊性好系指在260℃熔融状态下的润湿时间小于1秒。

而且经观察发现，采用本发明的焊料进行焊接时，焊点饱满、无连焊，大大减少了对PCBA板电子元器件的伤害，有效的提高了焊接质量，环保安全。

由此可见，本发明的晶粒大小、抗氧化性能、润湿性能和焊接强度均优于Sn-Ag-Cu系。

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，对本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。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种无铅低温焊料，其特征在于，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋0.001％～58.0％、银0.001％～1.0％、锑0.001％～2.0％、铟0.001％～0.1％、磷0.001％～0.15％、锗0.001％～0.08％、铍0.001％～0.015％，铈0.001％～0.015％；余量为锡。

2.根据权利要求1所述的无铅低温焊料，其特征在于，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋1％～30％、银0.1％～0.5％、锑0.1％～1.5％、铟0.01％～0.05％、磷0.008％～0.1％、锗0.008％～0.05％、铍0.005％～0.01％，铈0.005％～0.01％；余量为锡。

3.根据权利要求2所述的无铅低温焊料，其特征在于，按质量百分比计，所述焊料包括如下组分：铋15％、银0.3％、锑0.8％、铟0.03％、磷0.05％、锗0.015％、铍0.008％，铈0.008％；余量为锡。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无铅低温焊料，其特征在于，所述低温焊料的制备方法包括如下步骤：

第一步，按照质量百分比称量铋粉、银粉、锑粉、铟粉、磷粉、锗粉、铍粉、铈粉和锡粉，以上粉体的颗粒度为150目-200目，氧含量为千分之三至千分之五；

第二步，用V型混粉机混粉，混粉持续时间为3h-10h，得到混合粉，然后在粉末轧机上把混合粉轧制成0.8mm-1.2mm厚的板坯；

第三步，板坯放入真空炉，真空度不低于0.01Pa，烧结温度为480℃-600℃，烧结1h-5h，压延退火，得到焊料。

5.根据权利要求1至3任一项所述的无铅低温焊料，其特征在于，退火的温度为350℃-500℃，保温时间为20min-60min，真空度不低于0.01Pa。