CN108044255B - 一种用于智能焊接的锡线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低熔点、耐久性、耐裂纹性、耐侵蚀性等机械特性优异且能够抑制气孔(空隙)的产生的用于智能焊接的锡线。本发明涉及一种用于智能焊接的锡线，其由下述组分组成：2.000‑4.000重量％的银，1.000‑2.000重量％的铜，1.000‑2.000重量％的钯，0.050‑0.080重量％的钽，0.080‑0.120重量％的钼，0.080‑0.120重量％的铋，0.030‑0.050重量％的镍，0.008‑0.012重量％的锗，和余量的锡。

Description

一种用于智能焊接的锡线

技术领域

本发明涉及一种锡线，更具体的是涉及一种用于智能焊接的锡线。

背景技术

焊接技术的发展时间已经超过了六十年，并且随着科学技术的不断发展，焊接技术也一直得到不断地发展和创新。在焊接材料领域，进入21世纪以来，国内的知名焊材企业对钢材的发展迅速跟进，在提升传统产品的品质和开发与高品质钢种配套焊材品种方面做出了不少努力，但新型焊材的开发远远落后于钢种的发展，一些新型钢种的配套焊材尚需进口。基于计算机、控制等信息处理新技术，将人工智能与焊接工艺有机结合，实现焊接工艺制造的技术――称之为“智能焊接技术”(Intelligentized Welding Technology，IWT)。智能焊接技术的提法含义为：利用机器模拟和实现人的某些智能行为实施焊接工艺制造的技术。包括采用智能化途径进行焊接工艺规划、焊接设备、传感与检测、信息处理、知识建模、焊接过程控制、机器人运动控制、复杂系统集成设计的实施。可见智能化焊接技术是多学科交叉综合在焊接技术领域的集成与升华。即智能焊接技术对现有焊接材料提出了更高的要求，在现有技术中对智能焊接技术采用的焊接材料尚无有效的研究，本发明拟填补这一空白，满足智能焊接技术要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低熔点、耐久性、耐裂纹性、耐侵蚀性等机械特性优异且能够抑制气孔(空隙)的产生的用于智能焊接的锡线。

本发明涉及一种用于智能焊接的锡线，其由下述组分组成：2.000-4.000重量％的银，1.000-2.000重量％的铜，1.000-2.000重量％的钯，0.050-0.080 重量％的钽，0.080-0.120重量％的钼，0.080-0.120重量％的铋，0.030-0.050 重量％的镍，0.008-0.012重量％的锗，和余量的锡。

该锡线包含2.000-4.000重量％的银，优选2.500-3.000重量％。适量的银可以提高耐侵蚀性，银过量或不足时伸展性、耐裂纹性等机械特性降低。

该锡线包含1.000-2.000重量％的铜，优选1.200-1.800重量％的铜。铜与锡形成共晶体，降低了熔点并提高了合金强度。在过共晶范围内的铜含量提高了液相线温度但是进一步增强了合金的强度和耐久性。铜进一步降低了熔点并改进了焊料对铜和其它基材的润湿性能。

该锡线包含1.000-2.000重量％的钯，优选1.300-1.600重量％的钯。适量的钯可以提高耐久性和耐裂纹性。

该锡线包含0.050-0.080重量％的钽，优选0.060-0.070重量％的钽。适量的钽可以提高耐侵蚀性。

该锡线包含0.080-0.120重量％的钼，优选0.090-0.100重量％的钼。钼能够使焊锡的组织微细化，能够实现优异的耐裂纹性、强度及耐久性的提高，能够抑制气孔的产生。

该锡线包含0.080-0.120重量％的铋，优选0.090-0.100重量％的铋。铋的存在提供了合金的强化，这导致使用该合金制得的焊料接头的改进的机械性能以及耐裂纹性。

该锡线包含0.030-0.050重量％的镍，优选0.040-0.050重量％的镍。镍可以起到金属间化合物生长调节剂和晶粒细化剂的作用，这种属性有助于保持钎焊组成的稳定和防止铜含量的过度积聚。

该锡线包含0.008-0.012重量％的锗，优选0.009-0.011重量％的锗。锗可以起到降低在焊料开口槽顶部上形成的熔渣体积的作用，因而在熔波焊料浴中是有益的添加物，对气孔的抑制也有一定作用。

该锡线将典型地包含至少90重量％的锡，优选从94重量％至99.6重量％的锡。

由此，本公开进一步提供了一种锡线，其用于智能焊接。

根据本公开的锡线为无铅或基本无铅的。该锡线相对于常规含铅锡线提供了环保优点。

在实验室测试中以及在各种领域的试验中，示出这些锡线提供了可接受的钎焊性能和可靠性。该锡线可以以各种形式出售，包括但环限于预成形体、实心线、包芯线。

在一种实施方案中，上述锡线具有下述合金性能：

液相线温度(℃)230；

固相线温度(℃)228；

CTE30-100℃(μm/m℃)24.8；

CTE100-180℃(μm/m℃)24.8；

密度(g/cm3)7.4；

冲击能(焦耳)52.2；和

硬度(HV 0.2)9.4。

在一种实施方案中，锡线在铸态下具有下述机械性能：

拉伸强度(MPa) 43.0

屈服应力(MPa) 35.8

延伸率(％) 38.2

该锡线可以用于改进性能特性，例如可靠性、产率、铜侵蚀、熔渣产生和焊料填角焊缝表面。由此，该锡线可以获得性能益处，例如由较低的材料成本所致的降低的总拥有成本，较高的产率，和较低的熔渣产生，优异的机械可靠性，由快速的润湿速度所致的改进的可焊性，在改进装配可靠性的再加工期间降低的镀铜的侵蚀，对焊料罐材料更少侵蚀且更友好，和在不同的钎焊工艺期间良好的性能，更加适应智能焊接的需要。纳入本发明的锡线的工艺改进了氧化物从焊料中的去除，其可以减少缺陷，例如焊料桥接。

具体实施例

由下面的实施例，将会更全面地理解本文公开的材料和方法的这些以及其它实施方案的功能和优点。下面的实施例旨在说明所公开的材料和方法的益处，但是并没有例示其完整范围。

实施例1

在一种实施方案中，用于智能焊接的锡线由下述组分组成：

2.000-4.000重量％的银，1.000-2.000重量％的铜，1.000-2.000重量％的钯，0.050-0.080重量％的钽，0.080-0.120重量％的钼，0.080-0.120重量％的铋， 0.030-0.050重量％的镍，0.008-0.012重量％的锗，和余量的锡。

具体用量参见表1

其他实施例和对比例的用量也参见表1

表1 实施例1-10和对比例1-10的用量

按照下述内容对各实施例及各比较例中获得的焊锡膏进行评价。将其结果示于表2。

＜耐裂纹性(金属间化合物组织的大小)＞

将各实施例及各比较例中获得的焊锡膏0.3g涂布在厚度为0.3mm的2.5cm见方的铜板的中央部分(约5mm×5mm的区域)，将由此获得的试样在回流焊炉中加热。回流焊炉的加热条件为：预热设为150～180℃、90秒，峰温度设为250℃。此外，将为220℃以上的时间调整为120秒，将从峰温度降温至200℃时的冷却速度设为0.5～1.5℃/秒。予以说明，该回流焊条件与一般的回流焊相比为苛刻的条件，是在焊锡的锡中容易析出金属间化合物的条件。将经历了回流焊的试样切断，对截面进行研磨。然后，通过利用扫描型电子显微镜观察研磨后的截面，计量回流焊后的焊锡中析出的金属间化合物组织的大小，按照下述基准进行评级。金属间化合物组织的大小越小，耐裂纹性越好。

A：观察到的最大组织的大小小于50μm(耐裂纹性极其良好)。

B：观察到的最大组织的大小为50μm以上100μm以下(耐裂纹性良好)。

C：观察到的最大组织的大小超过100μm(耐裂纹性不充分)。

＜气孔抑制＞

将各实施例及各比较例中获得的焊锡膏印刷到芯片部件搭载用印刷基板上，通过回流焊法安装芯片部件。使用厚度150μm的金属掩模调整焊锡膏的印刷膜厚。印刷焊锡膏后，将2012尺寸(20mm×12mm)的芯片部件搭载在上述印刷基板的规定位置，用回流焊炉加热，从而安装芯片部件。回流焊条件为：预热设为170～ 190℃、峰温度设为245℃、为220℃以上的时间设为45秒、从峰温度降温至200℃时的冷却速度设为3～8℃/秒。

将印刷基板冷却后，通过X射线照片对印刷基板上的焊锡的表面状态进行观察，测定气孔的总面积在形成有焊锡的区域中所占的比例(气孔的面积率)。对于气孔的产生情况，求出印刷基板中20处焊盘中的气孔的面积率的平均值，基于下述基准进行评价。

A：气孔的面积率的平均值为5％以下，抑制气孔产生的效果极其良好。

B：气孔的面积率的平均值超过5％且为7％以下，抑制气孔的效果良好。

C：气孔的面积率的平均值超过7％，抑制气孔产生的效果不充分。

＜耐侵蚀性(铜浸出)＞

使各实施例及比较例中获得的焊锡合金在设定为260℃的焊锡槽中呈熔融状态。然后，将具有铜布线的梳形电极基板在熔融焊锡中浸渍5秒。反复进行将梳形基板浸渍在熔融焊锡中的操作，测定至梳形基板的铜布线的尺寸减半为止的浸渍次数。考虑到电子线路的可靠性，必须达到即使浸渍次数为4次以上铜布线的尺寸也不会减半。将浸渍次数为4次时不减半者评价为“A”、将3次以下时减半者评价为“C”。

＜耐久性(焊锡寿命)＞

将各实施例及各比较例中获得的焊锡膏印刷到芯片部件搭载用印刷基板上，通过回流焊法安装芯片部件。使用厚度150μm的金属掩模调整焊锡膏的印刷膜厚。印刷焊锡膏后，将3216尺寸(32mm×16mm)的芯片部件搭载在上述印刷基板的规定位置，用回流焊炉加热，从而安装芯片部件。回流焊条件为：预热设为170～ 190℃、峰温度设为245℃、为220℃以上的时间设为45秒、从峰温度降温至200℃时的冷却速度设为3～8℃/秒。进而，将上述印刷基板供于在-40℃的环境下保持30分钟、然后在125℃的环境下保持30分钟的冷热循环试验。对反复进行了 1500、2000、2500、2750及3000个冷热循环的印刷基板，分别切断焊锡部分，对截面进行研磨。通过X射线照片对研磨后的截面进行观察，对焊锡圆角部产生的龟裂是否完全横贯圆角部进行评价，基于以下的基准进行评级。各循环中的评价芯片数设为20个。

A+：直至3000个循环也没有产生完全横贯圆角部的龟裂。

A：在2751～3000个循环之间产生了完全横贯圆角部的龟裂。

A-：在2501～2750个循环之间产生了完全横贯圆角部的龟裂。

B：在2001～2500个循环之间产生了完全横贯圆角部的龟裂。

B-：在1501～2000个循环之间产生了完全横贯圆角部的龟裂。

C：在未达到1500个循环时产生完全横贯圆角部的龟裂。

＜综合评价＞

作为对于“耐裂纹性(焊锡组织的大小)”、“气孔抑制”及“耐侵蚀性(铜浸出)”各评价的评分，将评价“A”设为2分、将评价“B”设为1分、将评价“C”设为0分。此外，作为对于“耐久性(焊锡寿命)”的评分，将评价“A+”设为5 分、将评价“A”设为4分、将评价“A-”设为3分、将评价“B”设为2分、将评价“B-”设为1分、将评价“C”设为0分。然后，算出各评价项目的评分的合计，基于表现的合计，按照下述基准对各实施例及各比较例的焊锡膏进行综合评价。

A+：极其良好(评分合计为10分以上，且不含评价为“B”以下的项目。)

A：良好(评分合计为8分以上，在“耐久性(焊锡寿命)”的项目中不含评价为“B”以下，且不含评价为“B-”以下的项目。)

A-：大致良好(评分合计为8分以上，且不含评价为“B-”以下的项目。不包括上述综合评价为“A”的情况。)

B：实用上允许：(评分合计为6分以上，且不含评价为“C”的项目。)

C：不良(评分合计为6分以下或包含1个评价为“C”的项目。)

表2 实施例1-10和对比例1-10的测试表现

应该理解的是，本文讨论的组合物和方法的实施方案在应用中不限于本文给出的结构和设置的细节。该组合物和方法能够在其它实施方案中实现，并且能够以各种方式实施或执行。具体实现的实施例仅出于说明性目的在本文中给出，并不旨在进行限制。特别地，关于任何一个或多个实施方案所讨论的行为、要素和特征并不旨在排除在任何其它实施方案中的类似作用。

此外，本文使用的短语和术语是出于描述的目的，并不应视为是限制性的。本文使用的“包括”，“包含”，“具有”，“含有”，“包含”和其变体意指包含其后所列的项目和其等同物以及另外的项目。

上文已经描述了至少一个实施方案的几个方面，应该理解的是，各种变化、改变和改进对于本领域技术人员来说将是容易发生的。预期这样的变化、改变和改进是本公开的一部分，并预期其在本公开的范围内。由此，上述的描述仅为举例。

Claims (10)

1.一种用于智能焊接的锡线，其特征在于，由下述组分组成：

2.000-4.000重量％的银，1.000-2.000重量％的铜，1.000-2.000重量％的钯，0.050-0.080重量％的钽，0.080-0.120重量％的钼，0.080-0.120重量％的铋，0.030-0.050重量％的镍，0.008-0.012重量％的锗，和余量的锡。

2.如权利要求1所述的锡线，优选2.500-3.000重量％的银。

3.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选1.200-1.800重量％的铜。

4.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选1.300-1.600重量％的钯。

5.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选0.060-0.070重量％的钽。

6.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选0.090-0.100重量％的钼。

7.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选0.090-0.100重量％的铋。

8.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选0.040-0.050重量％的镍。

9.如权利要求1-2之一所述的锡线，优选0.009-0.011重量％的锗。

10.一种采用权利要求1-9之一所述的锡线的用途，用于智能焊接。