CN1124471A - 高强度焊料合金 - Google Patents

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    • B23K35/262—Sn as the principal constituent

Abstract

本发明目的是提供一种机械强度高，而且，湿润性优良的高强度焊料合金，其特征是由以下成分构成：Si 0.0005～0.35(重量)％、Ag 0～5.0(重量)％、Sb 0～10.0(重量)％、Bi 0～10.0(重量)％、Sn 20～95(重量)％、Pb 0～70(重量)％、Ca 0～0.5(重量)％。

Description

高强度焊料合金
本发明是关于一种机械强度很高的高强度焊料合金。
以前，本申请人在特愿平5-67552号申请中提出一种机械强度很高的高强度焊料合金。
在上述特愿平5-67552号申请中所述高强度焊料合金是由以下成分构成：Ag和Ge的总量为0.8-7.0(Ag和Ge合计要大于0(重量)％)，其结果，所得到的焊料合金的机械强度大幅度提高。
在此，本发明的目的是提供一种机械强度更高，而且，湿润性优良的高强度焊料合金。
本发明的高强度焊料合金，其特征是由以下成分构成。
              Si        0.0005～0.35(重量)％
              Ag        0～5.0(重量)％
              Sb        0～10.0(重量)％
              Bi        0～10.0(重量)％
              Sn        20～95(重量)％
              Pb        0～70(重量)％
              Ca        0～0.5(重量)％
本发明者们根据在特愿平5-67552号的“高强度焊料合金”中，所表明的添加Ge，能成功地提高焊料合金机械强度的性质。然而，在使用焊接烙铁进行焊接作业时，由于现用的焊接烙铁，在由Cu形成的焊棒上镀有Fe。所以焊料合金中所添加的Ge和焊接烙铁上的Fe产生反应，在焊接烙铁表面上易于粘覆一层难以去除的化合物。因此，为了提高焊料的机械强度，向焊料合金中添加元素的研究结果发现，添加Si会产生良好的效果。
将Si这种高熔点金属(1414℃)添加到Sn-Pb焊料合金(共晶熔融温度183℃)中，也许是一种异想天开的事，然而，经过大量的研究，发现添加微量的Si就会对焊料合金产生极大的影响。
当添加0.0005～0.35(重量)％的Si时，会产生以下的效果。
(1)由含Si焊料合金形成的软钎焊接合的强度，至少比过去的焊料合金提高了近2倍。
(2)就焊料而言，其优良的湿润性是极为重要的，Si可提高焊料合金的湿润性。在含有少量Pb的合金情况下，这种效果会更加显著。
(3)使用市售的在由Cu形成的焊棒上镀有Fe的焊接烙铁，根据本发明，用含Si焊料合金进行焊接作业时，即使连续长时间作业，在焊接烙铁上也不会生成化合物层，而可连续作业。
(4)由于合金中含有还原能力很强的Si，所以，Si的还原效果使焊接后的接合部位没有气孔。据此，大大提高了有关焊料部位的可信度。
虽然这种添加Si的焊料合金能具有预期的效果，由于Si本身就是一种还原元素，所以在考虑添加到焊料中时，可用具有还原效果的还原元素，如，Al、Mn、Si、P等。关于Al、Mn，它的效果，没有得到认可，表明在覆有焊料的部位表面上，仍产生难以去除的氧化物层，作为焊料合金是不实用的。关于P，作为添加到焊料中的元素已在实际上应用，但其效果不及添加Si。
相对于焊料合金183℃的熔融温度，由于Si的熔融温度为1414℃，为了将Si添加到Sn-Pb系焊料合金中，最好使用Ca-Si合金，如，比Si的熔融温度低的，熔融温度为1012℃的CaSi2化合物。由于Si和Ca同时残留在焊料合金中，作为被添加的Ca，在提高焊料合金强度上，也有复合效果。这特别适合于作为焊料合金含Pb的情况。
作为滑动轴承合金，已知有Pb基合金(班氏轴承合金)，为了提高它的强度，向合金中添加Ca。
关于本发明合金的制备，为添加Si，可以使用Ag-Sn共晶合金(Si4.5(重量)％，Ag95.5(重量)％；共晶温度830℃)作为母合金。这时，当添加0.001％的Si时，作为Ag，必须含0.21％，Ag可使焊料合金的结晶更加细微化。
如上述添加Si，在制备合金中，由于必须提高熔融温度，在含有沸点比较高的，Sn含量高的焊料合金中，它的添加效果更大。
由研究结果，本发明的最大特征是含有0.0005～0.35(重量)％的Si，其它成分的构成是Ag0～5.0(重量)％，Sb0～10.0(重量)％，Bi0～10.0(重量)％，Sn20～95(重量)％，Pb0～70(重量)％，Ca0～0.5(重量)％，由此构成作为高强度焊料合金的特征。
正如以上说明，本发明获得以下效果。
(1)由含Si焊料合金形成焊接接合部位的强度，与过去的焊料合金相比，至少提高了近2倍。
(2)就焊料而言，其湿润性的优良是极为重要的，Si可提高焊料合金的湿润性。在含有少量Pb的情况下，这种效果更加显著。
(3)使用市售的在由Cu形成的焊棒上镀有Fe的焊接烙铁，进行焊接时，由于在焊接烙铁表面没有化合物层产生，这种焊接烙铁以清洁状态，可长期恒定地使用。
(4)作为添加元素Si，由于具有相当强的还原性能，当使用含Si焊料合金进行作业时，可以完全防止在焊接接合部位产生的气孔。这时Si含量，如果少到0.0005(重量)％，它的添加效果也可以明确地确认。
(5)对于环境问题，现在要求无Pb的焊料合金，在开发Sn-低Pb焊料合金中，添加Si的新型焊料合金是本发明的一大贡献。
实施本发明的最佳方式
以下根据实施例说明本发明。
在本实施例中，向由Pb10(重量)％、Sn90(重量)％所形成的焊料合金中，添加含Si量为0.003(重量)％的CaSi2合金。使用添加了Si的焊料合金，作成松脂心软焊料线，进行这种扩展试验(JIS Z-3197-1986)。在试验板上载有试料，以比焊接液相线温度高40-50℃的温度加热，约30秒钟熔解，而扩展在试验板上。用面积仪测量试验后的扩展面积。
根据这个结果，对于Sn-Pb合金(Sn90(重量)％，Pb10(重量)％)时，为1.8cm2，使用含Si的本实施例焊料合金，则成为2.2cm2，它的扩展性约提高20％。
接着，用上述二种合金，制作成直径为1mm的合金丝进行拉力试验。作为该结果的拉力强度，本发明的前一个实施例，为7.8kgf/mm2、Sn-Pb合金(Sn90(重量)％，PB10(重量)％)为5.3kgf/mm2，强度增加约43％。
下面讨论添加Si而使焊接接合部位机械强度提高的另一实施例。在由Sn63(重量)％、Pb37(重量)％形成的焊料合金中，添加Si0.008(重量)％、Ag1.68(重量)％。这是在使用Ag-Sn其晶合金(熔融温度830℃)，添加Si的情况，为了比较，在和Sn-Pb合金(Sn60(重量)％、Pb40(重量)％)的焊料合金相同的条件下，制作试料。将两种合金制作成直径为1mm的合金线。
对其进行拉力试验，结果发现，对于使用不含Si的以前的焊料合金，为4.2kgf/cm2，使用由含Si的本实施例焊料合金形成的焊接合金线，为6.8kgf/cm2，强度大约增加62％。

Claims (1)

1、一种高强度焊料合金，其特征在于：它是有以下成分构成：
    Si        0.0005～0.35(重量)％
    Ag        0～5.0(重量)％
    Sb        0～10.0(重量)％
    Bi        0～10.0(重量)％
    Sn        20～95(重量)％
    Pb        0～70(重量)％
    Ca        0～0.5(重量)％
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