CN108044253A - 用于连续铸挤制备的低温焊锡丝及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝及其制备工艺，制备焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，所述基础焊料的成分及重量百分比为：35～62％的Bi、0.01～2.5％的Ag、0.01～1％的Cu、1～5％的Sb、0～0.015％的Ge、0～0.050％的P，添加的其它合金为Ni、Sc、V、Co、Ce、Mo中的一种或几种，添加量不超过基础焊料的0.20％，余量为Sn；本发明通过微合金化和连续铸挤成型工艺制备低温焊料焊锡丝，利用连续铸挤工艺在材料塑性得到提高方面的优势，弥补低温焊料合金塑性差的缺陷，制备低温焊锡丝具有流程短、成型性能好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及低温焊锡丝用合金及其制备工艺技术领域。
背景技术
目前在焊丝加工的制丝阶段，采用的均为水平挤压+辊轧+拉丝工艺制备焊锡丝，此工艺在制备SnCu系、SnAgCu系焊丝产品时，均可达到要求。对于低温焊料合金来说，低温焊料较高的脆性和较差的塑性决定了很难通过大拉伸比的加工工艺制备焊锡丝。
与常规电子组装工艺相比，低温焊接具有节约能源的优势，由于焊接温度较低，大大减小电子元器件在焊接时受到的热冲击，降低电子元器件因受热产生的失效率。
目前常用作低温焊料的SnBi系焊料合金在凝固后，Bi元素会发生偏聚，在Bi的富集区，焊料的脆性大，塑性较差。SnBi焊料在加工的过程中，容易产生产生裂纹，进而断裂。因此SnBi系焊料合金主要用来做焊粉和焊锡膏。但是随着电子产品的集成化的发展，将会有越来越多的焊接工艺采用低温焊接技术，低温焊锡丝也将有大量的需求。为实现焊锡丝的制备，在采用常规工艺制备焊锡丝的基础上，连续铸挤技术生产焊锡丝。与常规工艺相比，采用连续铸挤技术提高了合金熔体的纯净度，制备的中间材料锡杆组织更均匀，因此具有更好的成型性能。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种可通过连续铸挤制备低温焊锡丝的合金，本发明还提供这种低温焊锡丝的制备工艺。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，所述基础焊料的成分及重量百分比为：35～62％的Bi、0.01～2.5％的Ag、0.01～1％的Cu、1～5％的Sb、0～0.015％的Ge、0～0.050％的P，添加的其它合金为Ni、Sc、V、Co、Ce、Mo中的一种或几种，添加量不超过基础焊料的0.20％，余量为Sn。
本发明所述用于连续铸挤制备的低温焊锡丝的制备工艺，首先通过微合金化制备得到纯净的低温焊料合金熔体；采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成圆柱形锡杆；接着通过辊轧，将锡杆制备成锡线；再采用拉丝工艺将锡线拉制成低温焊锡丝。
本发明通过连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成圆柱形锡杆后，对锡杆进行保温处理；所述对锡杆进行保温处理，是将锡杆放进保温箱里保温3～4小时，保温温度为70～80℃，消除挤压产生的应力。将圆柱状锡杆辊轧成锡线后，对锡线进行保温处理；所述对锡线进行退火处理，是将锡线放进保温箱中保温2～3小时，保温温度为60～70℃，消除辊轧产生的应力。将锡线通过拉丝制备得到用于低温焊接的焊锡丝通过一组金刚石模具，提高焊锡丝的表面质量。
本发明工艺制备的圆柱状锡杆的直径为φ10mm～φ15mm；锡线的直径为φ4mm～9φ15mm；最终制备得到的低温焊锡丝的直径为φ0.3～φ3mm。
发明针对SnBi系焊料合金的特点，通过基础焊料中的Cu、Sb、Ge和P元素，以及微合金化处理加入Ni、Sc、V、Co、Ce、Mo等合金元素，Ni、Sc、V、Co、Ce、Mo等能有效阻止Bi元素的富集，抑制Bi在焊点中的偏聚而造成的焊点脆性大的缺点，提高焊料合金的塑性和耐腐蚀性能，得到能制备低温焊锡丝的低温合金焊料。通过合金成型性能的改善，同时采用科学合理的制备工艺，制备得到塑性好、不易脆断且表面质量较高的低温焊接用焊锡丝。本发明工艺能克服现有低温焊料合金成型困难的问题，具有简单实用，成品率高，经济高效的特点。
附图说明
图1为本发明微合金化-连续铸挤制备锡杆的流程图；
图中，1-熔炼炉、2-石墨转子、3-流量阀、4-流量管、5-保温炉、6-流量炉、7-铸挤设备、8-挤压模。
具体实施方式
实施例1
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：42％的Bi、1.5％的Ag、0.5％的Cu、5％的Sb、0.10％的P，添加的其它合金为Sc、Co、Mo，Sc的添加量为基础焊料的0.005％，Co的添加量为基础焊料的0.005％，Mo的添加量为基础焊料的0.008％，余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化，即通过微量合金元素的添加，并在较高的温度保存一定的时间，制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ10mm的圆柱形锡杆，接着对锡杆进行保温处理，将锡杆放进保温箱里保温3小时，保温温度为70℃，消除挤压产生的应力，防止在后续的辊轧过程中出现裂纹等缺陷，提高焊料的加工质量；之后通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ4mm的锡线，再对锡线进行退火处理，将锡线放进保温箱中保温2小时，保温温度为60℃，消除辊轧产生的应力，降低在后续的拉丝工艺中的断丝率；最后将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ0.3mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高焊锡丝的表面质量。
如图1所示，微合金化-连续铸挤制备锡杆的工艺过程如下：
按照需要的比例将中间合金和金属纯料置于合金熔炼炉1中，采用石墨转子2进行搅拌，在搅拌条件下进行脱气、除杂、微合金化、调质处理得到低温焊料合金熔体，打开流量管4上的流量阀3，低温焊料合金熔体通过流量管4进入到保温炉5中，然后再流入流量炉6中，低温焊料合金熔体流经保温炉和流量炉并注入到连续铸挤设备的进料口，注入到连续铸挤设备7的进料口，在挤压力的作用下，经过挤压模8挤出需要规格的锡杆。制备的低温焊锡杆经过保温处理后，用于后续的辊轧和拉丝工艺中，低温合金锡杆在辊轧轮组的作用下，锡杆直径逐步减小，然后通过拉丝工艺，获得所需尺寸和表面质量的低温焊锡丝。
实施例2
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：62％的Bi、0.01％的Ag、1.0％的Cu、3.0％的Sb、0.015％的Ge、0.03％的P，添加的其它合金为Ce、V、Co，Ce的添加量为基础焊料的0.005％，V的添加量为基础焊料的0.005％，Co的添加量为基础焊料的0.008％，余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ11mm的圆柱形锡杆，接着通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ5mm的锡线，再对锡线进行保温处理，将锡线放进保温箱中保温2.5小时，保温温度为62℃，消除辊轧产生的应力，降低在后续的拉丝工艺中的断丝率；最后将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ1mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高锡丝的表面质量。
实施例3
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：35％的Bi、2.5％的Ag、0.01％的Cu、1.0％的Sb、0.01％的Ge、0.05％的P，添加的其它合金为Ni、Ce、Mo，Ni的添加量为基础焊料的0.03％，Ce的添加量为基础焊料的0.01％，Mo的添加量为基础焊料的0.005％，余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化，即通过微量合金元素的添加，并在较高的温度保存一定的时间，制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ12mm的圆柱形锡杆，接着通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ7mm的锡线，再将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ1.5mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高锡丝的表面质量。
实施例4
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：48％的Bi、1.0％的Ag、0.7％的Cu、2.0％的Sb、0.008％的Ge、0.07％的P，添加的其它合金为Ni、Sc、V，Ni的添加量为基础焊料的0.01％，Sc的添加量为基础焊料的0.006％，V的添加量为基础焊料的0.004％，余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化，即通过微量合金元素的添加，并在较高的温度保存一定的时间，制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ14mm的圆柱形锡杆，接着对锡杆进行保温处理，将锡杆放进保温箱里保温3.5小时，保温温度为75℃，消除挤压产生的应力，防止在后续的辊轧过程中出现裂纹等缺陷，提高焊料的加工质量；之后通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ8mm的锡线，再对锡线进行保温处理，将锡线放进保温箱中保温3小时，保温温度为65℃，消除辊轧产生的应力，降低在后续的拉丝工艺中的断丝率；最后将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ2.0mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高锡丝的表面质量。
实施例5
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：55％的Bi、1.0％的Ag、0.5％的Cu、1.0％的Sb、0.005％的Ge、0.01％的P，添加的其它合金为Ce、Sc、V、Co，Ce的添加量为基础焊料的0.005％，Sc的添加量为基础焊料的0.008％，V的添加量为基础焊料的0.006％，Co的添加量为基础焊料的0.004％，余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化，即通过微量合金元素的添加，并在较高的温度保存一定的时间，制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ15mm的圆柱形锡杆，接着对锡杆进行保温处理，将锡杆放进保温箱里保温4小时，保温温度为85℃，消除挤压产生的应力，防止在后续的辊轧过程中出现裂纹等缺陷，提高焊料的加工质量；之后通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ9mm的锡线，再对锡线进行保温处理，将锡线放进保温箱中保温3小时，保温温度为70℃，消除辊轧产生的应力，降低在后续的拉丝工艺中的断丝率；最后将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ3.0mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高锡丝的表面质量。
实施例6
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：48％的Bi、1.0％的Ag、0.8％的Cu、2％的Sb、0.015％的Ge，添加的其它合金为Ni、Sc、V，Ni的添加量为基础焊料的0.1％，Sc的添加量为基础焊料的0.05％，V的添加量为基础焊料的0.05％，余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化，即通过微量合金元素的添加，并在较高的温度保存一定的时间，制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ14mm的圆柱形锡杆，接着对锡杆进行保温处理，将锡杆放进保温箱里保温3.5小时，保温温度为75℃，消除挤压产生的应力，防止在后续的辊轧过程中出现裂纹等缺陷，提高焊料的加工质量；之后通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ8mm的锡线，再对锡线进行保温处理，将锡线放进保温箱中保温3小时，保温温度为65℃，消除辊轧产生的应力，降低在后续的拉丝工艺中的断丝率；最后将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ2.0mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高锡丝的表面质量。
实施例7
用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，制备低温焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，基础焊料的成分及重量百分比为：45％的Bi、1.5％的Ag、0.5％的Cu、5％的Sb、0.008％的Ge、0.050％的P，添加的其它合金为Sc、V、Co、Ni，Sc的添加量为基础焊料的0.005％，V的添加量为基础焊料的0.005％，Co的添加量为基础焊料的0.005％，Ni的添加量为基础焊料的0.005％,余量为Sn。
低温焊锡丝的制备工艺如下：首先通过微合金化，即通过微量合金元素的添加，并在较高的温度保存一定的时间，制备得到纯净的低温焊料合金熔体；然后采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成直径为φ10mm的圆柱形锡杆，接着对锡杆进行保温处理，将锡杆放进保温箱里保温3小时，保温温度为70℃，消除挤压产生的应力，防止在后续的辊轧过程中出现裂纹等缺陷，提高焊料的加工质量；之后通过反复辊轧，将锡杆制备成直径为φ4mm的锡线，再对锡线进行退火处理，将锡线放进保温箱中保温2小时，保温温度为60℃，消除辊轧产生的应力，降低在后续的拉丝工艺中的断丝率；最后将锡线穿入数道金刚石拉模的拉丝机，采用拉丝工艺将锡线拉制成直径为φ0.3mm的低温焊锡丝，再通过一组高精度的金刚石模孔，提高焊锡丝的表面质量。
本发明所涉及的微合金化工艺、连续铸挤工艺、辊压工艺、拉丝工艺以及所用设备均可采用现有技术工艺和设备。
本发明提供的制备焊锡丝的合金并不仅仅局限于焊锡丝的制备，根据需要可以制备成低温焊接用焊粉、焊锡膏和预成型焊锡片等其他焊料形式。本发明方法制备的产品主要应用在电子装联工艺中的手工焊接和自动焊接，以及对温度较为敏感的电子元器件的封装与焊接。
Claims (6)
1.用于连续铸挤制备的低温焊锡丝，其特征在于，制备焊锡丝的合金是在基础焊料中添加其它合金，所述基础焊料的成分及重量百分比为：35～62％的Bi、0.01～2.5％的Ag、0.01～1％的Cu、1～5％的Sb、0～0.015％的Ge、0～0.050％的P，添加的其它合金为Ni、Sc、V、Co、Ce、Mo中的一种或几种，添加量不超过基础焊料的0.20％，余量为Sn。
2.如权利要求1所述用于连续铸挤制备的低温焊锡丝的制备工艺，其特征在于，首先通过微合金化得到纯净的低温焊料合金熔体；采用连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成圆柱形锡杆；接着通过辊轧，将锡杆制备成锡线；再采用拉丝工艺将锡线拉制成低温焊锡丝。
3.根据权利要求2所述用于连续铸挤制备的低温焊锡丝的制备工艺，其特征在于，通过连续铸挤工艺将低温焊料合金熔体制备成圆柱形锡杆后，对锡杆进行保温处理；所述对锡杆进行保温处理，是将锡杆放进保温箱里保温3～4小时，保温温度为70～85℃，消除挤压产生的应力。
4.根据权利要求2所述用于连续铸挤制备的低温焊锡丝的制备工艺，其特征在于，将圆柱状锡杆辊轧成锡线后，对锡线进行保温处理；所述对锡线进行退火处理，是将锡线放进保温箱中保温2～3小时，保温温度为60～70℃，消除辊轧产生的应力。
5.根据权利要求2所述的用于连续铸挤制备的低温焊锡丝的制备工艺，其特征在于，将锡线通过拉丝制备得到用于低温焊接的焊锡丝后，再将焊锡丝通过一组金刚石模孔，提高焊锡丝的表面质量。
6.根据权利要求1-5任一项所述用于连续铸挤制备的低温焊锡丝的制备工艺，其特征在于，所述圆柱状锡杆的直径为φ10mm～φ15mm；锡线的直径为φ4mm～φ9mm；最终制备得到的低温焊锡丝的直径为φ0.3～φ3mm。
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