CN110125571A - 一种高强度低温无铅焊料及其焊锡膏 - Google Patents

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唐欣
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李维俊
张瑜
郑世忠
郭万强
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    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/268—Pb as the principal constituent

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Abstract

一种高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，它涉及钎焊技术领域。该高强度低温无铅焊料及其焊锡膏是在现有的Sn‑Bi钎料体系中加入合金元素In，其中，以质量百分比计算，In占15％～45％。所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的钎料合金粉末中Sn、Bi和In的重量百分比组份分别为：Sn为34％～36％，Bi为38％～40％，In为24％～27％或以In补足至总量为100％。采用上述技术方案的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏具有焊盘粘附性好、焊接强度高、熔点低、成本适中的优势。

Description

一种高强度低温无铅焊料及其焊锡膏
技术领域
本发明涉及钎焊技术领域，具体涉及一种高强度低温无铅焊料及其焊锡膏。
背景技术
铅及其化合物是有毒物质，损害人类健康，污染环境。随着人类环保意识的增强，世界各国已相继出台一系列法令和法规来防治电子产品所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用。在无铅绿色制造这一大趋势下，许多国家的科研机构和企业已开始加大投入来研发无铅焊料，并积极推广其应用。
目前常用的低熔点无铅焊料是以Sn-Bi合金为基体，在其中添加一些合金元素，该低温焊料溶程比较大，在凝固过程中易出现枝晶偏析、组织粗大化，加之应力不平衡，会导致焊点剥离
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种低温无铅焊料，该焊料熔点低，具有焊盘粘附性好、焊接强度高、熔点低、成本适中的优势。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，所述的低温无铅焊料是在现有的Sn-Bi钎料体系中加入合金元素In，其中，以质量百分比计算，In占15％～45％。
进一步地，所述的无铅锡基焊料及其焊膏的钎料合金粉末中Sn、Bi和In的重量百分比组份分别为：Sn为34％～36％，Bi为38％～40％，In为24％～27％或以In补足至总量为100％。
进一步地，所述的无铅锡基焊料及其焊膏的钎料合金粉末中还含有Ag、Cu、Zn、Al、Ga、P中的一种或多种。
进一步地，Ag的含量为0.1～0.3wt％，Cu的含量为0.1～0.5wt％，Zn的含量为0.2～0.5wt％，Al的含量为0.1～0.4wt％，Ga的含量为0.05～0.25wt％，P的含量为0.01～0.1wt％。
进一步地，所述的无铅锡基焊料及其焊膏的钎料合金粉末不含Pb和Cd。
进一步地，所述无铅锡基焊料及其焊膏的液相线温度为75℃～100℃之间；固相线温度为70℃～90℃之间。
进一步地，一种焊锡膏，所述焊锡膏由权利要求1-6中任一项所述的低温无铅焊料制备而成。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：
本发明高强度低温无铅焊料及其焊锡膏主要是由铋、锡、铟三种金属元素混合形成的合金，熔点(液相线温度)控制在75℃～100℃之间。Bi-Sn-In易熔合金焊料的固相线、液相线随Bi含量或Bi/In的增大而提高，易熔合金焊料的硬度随Bi含量或Bi/In比的增加而线性增大；但随Sn、In含量的增大而明显降低。提高合金的Sn含量和Bi/In，可改善合金钎焊接头的的剪切强度和抗拉强度。
另外，适当的添加一些微量元素，可改善该合金焊料的组织性能和力学性能。添加微量元素Ga、P可以有效的提高该合金焊料的抗氧化性，会在氧化膜表层产生富集氧化膜，使得氧元素浓度降低，抑制了合金焊料的氧化，也起到提高焊料表面润湿性的效果；同样加入微量元素Al，铝元素会在焊料料表面形成致密氧化膜，成为“阻挡层”，抑制了钎料的氧化，同样能起到提高了焊料的抗氧化性能；加入Ag，提高合金焊料屈服极限和抗拉强度，同时润湿性也得到了提高；Zn、Cu的添加同样起到了润湿性的效果，也能改善力学性能，提高焊点的可靠性。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
本实施例涉及一种焊锡膏，该焊锡膏由低温无铅焊料制备而成，该制备方法采用常规技术手段制备而成。该焊锡膏具有焊盘粘附性好、焊接强度高、熔点低、成本适中的优势。
其中，高强度低温无铅焊料及其焊锡膏是在现有的Sn-Bi钎料体系中加入合金元素In，其中，以质量百分比计算，In占15％～45％。
进一步地，低温无铅焊料的钎料合金粉末中Sn、Bi和In的重量百分比组份分别为：Sn为34％～36％，Bi为38％～40％，In为24％～27％或以In补足至总量为100％。
进一步地，低温无铅焊料的钎料合金粉末中还含有Ag、Cu、Zn、Al、Ga、P中的一种或多种。
进一步地，Ag的含量为0.1～0.3wt％，Cu的含量为0.1～0.5wt％，Zn的含量为0.2～0.5wt％，Al的含量为0.1～0.4wt％，Ga的含量为0.05～0.25wt％，P的含量为0.01～0.1wt％。
在本实施例中，按质量百分比为Bi39％、Sn 36％、Zn 0.2％、Al 0.15％、Cu0.1％、P0.15％，其余为In。
进一步地，高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的钎料合金粉末不含Pb和Cd，完全清除了公害问题。
进一步地，所述高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的液相线温度为75℃～100℃之间；固相线温度为70℃～90℃之间。
本实施例的有益效果为：高强度低温无铅焊料及其焊锡膏主要是由铋、锡、铟三种金属元素混合形成的合金，熔点(液相线温度)控制在75℃～100℃之间。Bi-Sn-In易熔合金焊料的固相线、液相线随Bi含量或Bi/In的增大而提高，易熔合金焊料的硬度随Bi含量或Bi/In比的增加而线性增大；但随Sn、In含量的增大而明显降低。提高合金的Sn含量和Bi/In，可改善合金钎焊接头的的剪切强度和抗拉强度。
另外，适当的添加一些微量元素，可改善该合金焊料的组织性能和力学性能。添加微量元素Ga、P可以有效的提高该合金焊料的抗氧化性，会在氧化膜表层产生富集氧化膜，使得氧元素浓度降低，抑制了合金焊料的氧化，也起到提高焊料表面润湿性的效果；同样加入微量元素Al，铝元素会在焊料料表面形成致密氧化膜，成为“阻挡层”，抑制了钎料的氧化，同样能起到提高了焊料的抗氧化性能；加入Ag，提高合金焊料屈服极限和抗拉强度，同时润湿性也得到了提高；Zn、Cu的添加同样起到了润湿性的效果，也能改善力学性能，提高焊点的可靠性。
以上，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，其特征在于，所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏是在现有的Sn-Bi钎料体系中加入合金元素In，其中，以质量百分比计算，In占15％～45％。
2.根据权利要求1所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，其特征在于，所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的钎料合金粉末中Sn、Bi和In的重量百分比组份分别为：Sn为34％～36％，Bi为38％～40％，In为24％～27％或以In补足至总量为100％。
3.根据权利要求1或2所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，其特征在于，所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的钎料合金粉末中还含有Ag、Cu、Zn、Al、Ga、P中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，其特征在于，Ag的含量为0.1～0.3wt％，Cu的含量为0.1～0.5wt％，Zn的含量为0.2～0.5wt％，Al的含量为0.1～0.4wt％，Ga的含量为0.05～0.25wt％，P的含量为0.01～0.1wt％。
5.根据权利要求4所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，其特征在于，所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的钎料合金粉末不含Pb和Cd。
6.根据权利要求4所述的高强度低温无铅焊料及其焊锡膏，其特征在于，所述高强度低温无铅焊料及其焊锡膏的液相线温度为75℃～100℃之间；固相线温度为70℃～90℃之间。
7.一种焊锡膏，其特征在于，所述焊锡膏由权利要求1-6中任一项所述的低温无铅焊料制备而成。
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