CN114850725B - 超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺 - Google Patents

超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本申请涉及电子焊接领域，具体公开了超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺，超薄锡铋系预成型焊环，按重量百分比，包括有以下组分：锡40～80%，银0.05～3%，微量元素0.01～0.5%，余量为铋；所述微量元素采用镍、铜、锑、镧、铈中的一种或多种；超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，包括融化：步骤a、将银、微量元素与部分的锡融化并搅拌均匀，再倒出、冷却获得母合金；步骤b、将剩余的锡进行融化，边搅拌边加入铋，再加入母合金，继续搅拌得合金溶液；步骤c、将合金溶液倒入模具中，冷却后获得锡铋系合金柱；挤压；压延为0.04～1.0mm的金属带。本申请具有细化晶粒、改善锡铋系合金脆性的效果。

Description

超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺
技术领域
本申请涉及电子焊接领域，更具体地说，它涉及超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺。
背景技术
由于重金属铅在人体内易于积累，抑制蛋白质的正常化合，易侵害神经系统，造成精神错乱，特别是对婴幼儿的危害更大，会影响智商和正常发育。因此世界范围内越来越多的国家立法禁止铅的使用，随着环境保护法规、要求的更新。电子软钎焊焊料逐步向全面淘汰铅元素，常用无铅焊料包括純锡、锡银系、锡银铜系、锡铜系、锡锑系、锡铟系、锡铋系。其中，锡铋系因熔点温度低，价格便宜，具有良好的物理性能，在汽车工业、航空航天、现代兵器、核工业等领域均有使用，特别适合保险丝、熔断器等热敏组件中。
在现有的使用工艺中，锡铋系更多以锡条、锡线、锡膏等焊料形式。但军工行业中的一些特殊焊接工艺需要厚度仅0.04-0.10mm的超薄的环状焊料，而由于铋金属Bi在元素周期表中排在第Ⅴ主族的末位，具有脆性，普通的生产工艺无法将锡铋系合金压延到上述军工行业需要的厚度。
发明内容
为了能够将锡铋系合金压延到0.04-0.10mm并绕成环状，本申请提供超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺。
本申请提供的超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供超薄锡铋系预成型焊环，采用如下的技术方案：
超薄锡铋系预成型焊环，按重量百分比，包括有以下组分：锡40～80％，银0.05～3％，微量元素0.01～0.5％，余量为铋；所述微量元素采用镍、铜、锑、镧、铈中的一种或多种。
实验结果证明，通过采用上述技术方案，所制得的锡铋系合金的晶粒细小、分子结构得到改善，且锡铋系合金的脆化性能得到优化，因此，极大改善了锡铋系合金在加工为预成型焊料的过程中容易断裂、脆裂的现象，更容易制备出超薄(0.04～0.10mm)厚度的锡铋系合金，能够满足军工行业所需厚度的焊环。分析其原因在于，在锡铋系合金中添加银后，可以提高锡铋系合金的机械强度和疲劳寿命；而添加微量元素能够获得改善锡铋系合金的脆性的效果，其中，镍、镧、铈能够改变了锡铋银合金的分子结构，改善了锡铋银合金的晶体结构粗大的问题；而锑、铜主要通过增强合金的韧性，从而改善锡铋系合金在加工成超薄的锡环的过程中发生断裂、脆裂的现象，并且能够获得一定的改善晶格粗大的效果。
可选的，按重量百分比，包括有以下组分：锡42～64％，银0.4～1％，微量元素0.05～0.15％，余量为铋；所述微量元素采用镍、铜、铈中的一种或多种。
实验结果显示，当微量元素采用镍、铜、铈中的一种或多种，且各组分的添加量在上述范围时，能够在改善锡铋系合金的脆性的同时提高加工的成品率，使得制备锡铋系预成型焊环的过程中的加工稳定性较高，加工的成品率能够接近95％，出现断裂、裂痕的概率较低。
可选的，按重量百分比，超薄锡铋系预成型焊环采用如下组合中的任意一种：
Sn(40～44)Ag(0.8～1.2)Ni(0.04～0.06)，余量为Bi；
Sn(40～44)Ag(0.3～0.5)Ni(0.04～0.06)Cu(0.08～0.12)，余量为Bi；
Sn(62～66)Ag(0.8～1.2)Ce(0.008～0.012)Cu(0.08～0.12)，余量为Bi。
实验结果显示，当微量元素采用镍、镍和铜、铈和铜这三种组合时，且各组合的含量限定在对应范围内时，具有较好的改善效果，制得的锡铋系合金的脆性改善效果极佳，制得的锡铋系合金的韧性较好，在加工过程中发生脆裂的概率较低，同时加工的稳定性进一步提高，加工成焊环的过程中不易出现脆性断裂，加工的成品率能够接近99.9％。
可选的，采用如下组合中的任意一种：
Sn42Ag1Ni0.05，余量为Bi；
Sn42Ag0.4Ni0.05Cu0.1，余量为Bi；
Sn64Ag1Ce0.01Cu0.1，余量为Bi。
通过采用上述方案，采用上述组合并将各组分的含量选定在上述含量时，制得的锡铋系合金的韧性极佳，能够加工成0.04～0.1mm的超薄预成型焊片，且在将焊片绕成焊环的加工过程中几乎不会出现脆裂、裂纹等脆性断裂的现象，成品率能够达到100％。
可选的，超薄锡铋系预成型焊环的直径为4～8mm。
采用本申请的制备方案能够稳定加工出直径为4～8mm的超薄锡铋系预成型焊环，该尺寸的焊环能够满足军工行业中的一些特殊焊接工艺所需的小尺寸的环状焊料的要求。
第二方面，本申请提供一种用于制备上述超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，采用如下的技术方案：
超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，包括有以下工序：
融化：
步骤a、将银、微量元素与部分的锡在800～1000摄氏度下融化并搅拌均匀，再倒出、冷却获得母合金，其中，银、微量元素的总质量与部分的锡的重量百分比为1：(2～5)；
步骤b、将剩余的锡进行融化，融化温度为350～450摄氏度，待融化温度稳定后，边搅拌边加入铋，搅拌25～35分钟后，再加入步骤a获得的母合金，继续搅拌10～15分钟获得合金溶液；
步骤c、将步骤b获得的合金溶液倒入模具中，冷却后获得柱状的锡铋系合金柱；
挤压：将锡铋系合金柱挤压成厚度为1.0～2.0mm的锡铋系合金金属带，其中，挤压温度为95～105摄氏度，挤压压力为30～50bar，挤压速度为3～5mm/s；
压延：将锡铋系合金金属带进行连续压延，直至锡铋系合金金属带的厚度为0.04～1.0mm，压延压力为3～10P，压辊温度控制在60～80摄氏度；其中，当锡铋系合金金属带的厚度为0.5～2.0mm时，采用压延率为10～20％进行压延；
将锡铋系合金金属带的厚度压延至0.2～0.5mm后，调整压延率为8～15％；
当锡铋系合金金属带的厚度压延至0.04～0.1mm时，将压延率更换为5～10％。
通过采用上述技术方案，结合超薄锡铋系预成型焊环的原料配方，共同作用下能够获得改善锡铋系合金的粗状晶格结构的效果，起到细化晶粒的作用，从而改善了锡铋系合金的脆性，能够加工获得超薄的锡铋系合金，锡铋系合金的厚度能够达到0.04～0.10mm，能够满足军工行业的特殊焊料的尺寸要求，且加工的稳定性较高，成品率高。实际加工过程中，本申请的制备工艺能够在一定程度上克服锡铋系合金的脆性，改善锡铋系合金在挤压和压延过程容易断裂、脆裂的现象，且具有工艺流程简单、操作性强、生产效率高的特点。
此外，在将各组分融化搅拌均匀的过程无需特定在惰性环境下进行，即可获得较好的微量元素的混合效果，能够起到简化工艺、降低生产成本的效果。将挤压温度控制在95～105摄氏度内，能够在保证一定的软化合金的速度下，同时避免由于过高的温度导致锡铋系合金无法快速冷却，从而造成晶格再次出现粗大的现象。
更重要的，本申请采用多级连续压延的方式，在压延过程中，针对压延至不同厚度范围的锡铋系合金金属带，适配性地调整压延率，从而逐步将金属带压延至0.04～1.0mm的厚度，再匹配恰当的压辊温度，使得整个加工过程中合金的晶格细化后不易再次粗大，能够大幅度降低金属带脆化、开裂的风险，最终制备出超薄的锡铋系合金，具有成品率高、便于标准化生产的特点。
可选的，所述步骤b中的搅拌过程中同时采用搅拌轮和剪切轮。
实验结果显示，本申请的制备工艺首创采用剪切轮与搅拌轮共同工作、共同搅拌的形式，使得微量元素的分散性更佳，能够协助微量元素在锡铋系合金中充分发挥改性作用，进一步增强了制备原料之间分子结构的结合速度和结合强度，从而提升了制得的锡铋系合金的韧性及综合性能。
可选的，所述搅拌轮的转速为600～800转/min，剪切轮的转速为1000～1300转/min。
通过采用上述方案，使剪切轮和搅拌轮均匹配合适的转速，能够进一步提高微量元素的分散性，从而进一步提升微量元素对分子结构的改性作用，保证化学成分的均匀分布，提高了锡铋系合金的铺展性，同时保证了锡铋系合金的力学性能。
可选的，所述压延工序后还包括绕环成型；采用冲压设备将锡铋系合金金属带冲压成方片，再将方片绕成焊环。
通过采用上述方案，可满足军工行业的特殊焊接工艺中所需的环状焊料的要求，能够将本申请制得的锡铋系合金卷曲成所需的焊环状，且在冲压过程中不易发生断裂、脆化，保证焊料的焊接性能，能够获得较高的成品率，从而达到较高的经济效益。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用在锡铋系合金中添加银和微量元素，微量元素包含了镍、铜、锑、镧、铈中的一种或多种，改善了锡铋系合金晶格粗大的问题，从而获得了改善锡铋系合金的脆性的效果，增强了锡铋系合金的加工韧性，能够加工成0.04～1.0mm的金属带，可加工出一些特殊焊接工艺所需的超薄的锡铋系预成型焊环；
2、本申请中，微量元素优选采用铈和铜、镍和铜的组合，选用多种组合的微量元素加入后，制备出的超薄锡铋系合金的韧性、综合性能更优异，具有加工稳定性更好，成品率更高的效果；
3、本申请的制备工艺结合剪切轮与搅拌轮共同工作的形式，提高了微量元素在锡铋银中的分散性，同时在挤压和压延过程中控制恰当的挤压温度和压延率，从而使得微量元素的分散性更佳，获得更加的改善脆性的效果；采用现有的工艺设备即可完成加工，便于进行工业化生产，能够制备出超薄的锡铋系合金，且锡铋系合金的铺展性和韧性较优，能够绕成超薄的焊环，且加工报废率也极低，具备了较高的经济效益。
附图说明
图1是本申请对比例1(左图)和实施例1(右图)制得的锡铋系合金在25X高倍显微镜下的分子结构图；
图2是本申请对比例1(左图)和实施例1(右图)制得的锡铋系合金在40X高倍显微镜下的分子结构图；
图3是本申请对比例1(左图)和实施例1(右图)制得的锡铋系合金在200X高倍显微镜下的分子结构图；
图4是本申请对比例1(左图)和实施例1(右图)制得的锡铋系合金在400X高倍显微镜下的分子结构图。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1：
超薄锡铋系预成型焊环，按重量份数，制备原料包括：锡42kg，铋56.95kg，银1kg，微量元素0.05kg，其中，微量元素选用镍0.05kg。
该超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺包括有以下步骤：
融化：
步骤a、将银、微量元素与4kg的锡加入高温中频炉中，在800摄氏度下融化并搅拌均匀，再倒出、冷却获得母合金；
步骤b、将剩余的38kg锡加入熔化炉中进行融化，融化温度为450摄氏度，待熔化炉内的温度稳定并保持350摄氏度以上，将搅拌轮和剪切轮伸入熔化炉进行搅拌，边搅拌边加入铋，搅拌25分钟后，再加入步骤a获得的母合金，继续搅拌15分钟获得合金溶液，其中，搅拌轮的转速为600转/min，剪切轮的转速为1300转/min；
步骤c、将步骤b获得的合金溶液倒入模具中，采用冷却水进行冷却后获得柱状的锡铋系合金柱；
挤压：将锡铋系合金柱放入挤压机，挤压成1.0mm的锡铋系合金金属带，其中，挤压温度为95摄氏度，挤压压力为50bar，挤压速度为3mm/s；
压延：采用ψ450×1200mm压延机将锡铋系合金金属带进行连续压延，将工艺参数调整至压延压力为10P，压辊温度控制在60摄氏度；采用20％的压延率为锡铋系合金金属带进行一次压延，一次压延后得到厚度为0.4mm的锡铋系合金金属带；再采用8％的压延率对锡铋系合金金属带进行二次压延，二次压延后锡铋系合金金属带的厚度为0.08mm；再将压延率调整为10％进行三次压延，得到厚度为0.04mm的锡铋系合金金属带。
绕环成型：采用冲压机将压延后的锡铋系合金金属带冲压成长方形片，再采用卷圆机将长方形片绕成环状，获得直径为4mm的锡铋系合金预成型焊环。
实施例2：
超薄锡铋系预成型焊环，按重量份数，制备原料包括：锡42kg，铋57.75kg，银0.05kg，微量元素0.2kg，其中，微量元素采用铜0.2kg；
该超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺包括有以下步骤：
融化：
步骤a、将银、微量元素与0.5kg的锡加入高温中频炉中，在900摄氏度下融化并搅拌均匀，再倒出、冷却获得母合金；
步骤b、将剩余的锡加入熔化炉中进行融化，融化温度为350摄氏度，待熔化炉内的温度稳定并保持350摄氏度以上，将搅拌轮和剪切轮伸入熔化炉进行搅拌，边搅拌边加入铋，搅拌35分钟后，再加入步骤a获得的母合金，继续搅拌10分钟获得合金溶液，其中，搅拌轮的转速为800转/min，剪切轮的转速为1000转/min；
步骤c、将步骤b获得的合金溶液倒入模具中，采用冷却水进行冷却后获得柱状的锡铋系合金柱；
挤压：将锡铋系合金柱放入挤压机，挤压成2.0mm的锡铋系合金金属带，其中，挤压温度为105摄氏度，挤压压力为30bar，挤压速度为5mm/s；
压延：采用ψ450×1200mm压延机将锡铋系合金金属带进行连续压延，将工艺参数调整至压延压力为10P，压辊温度控制在80摄氏度；采用10％的压延率为锡铋系合金金属带进行一次压延，一次压延后得到厚度为0.5mm的锡铋系合金金属带；再采用15％的压延率对锡铋系合金金属带进行二次压延，二次压延后锡铋系合金金属带的厚度为0.04mm；再将压延率调整为5％进行三次压延，得到厚度为0.04mm的锡铋系合金金属带。
绕环成型：采用冲压机将压延后的锡铋系合金金属带冲压成长方形片，再采用卷圆机将长方形片绕成环状，获得直径为4mm锡铋系合金预成型焊环。
实施例3：
超薄锡铋系预成型焊环，按重量份数，制备原料包括：锡42kg，铋57.75kg，银0.05kg，微量元素0.2kg，；其中，微量元素采用锑0.2kg；
该超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺包括有以下步骤：
融化过程：
步骤a、将银、微量元素与4.5kg锡加入高温中频炉中，在900摄氏度下融化并搅拌均匀，再倒出、冷却获得母合金；
步骤b、将剩余的锡加入熔化炉中进行融化，融化温度为400摄氏度，待熔化炉内的温度稳定并保持350摄氏度以上，将搅拌轮和剪切轮伸入熔化炉进行搅拌，边搅拌边加入铋，搅拌30分钟后，再加入步骤a获得的母合金，继续搅拌12分钟获得合金溶液，其中，搅拌轮的转速为700转/min，剪切轮的转速为1150转/min；
步骤c、将步骤b获得的合金溶液倒入模具中，采用冷却水快速冷却后获得柱状的锡铋系合金柱；
挤压过程：将锡铋系合金柱放入挤压机，挤压成1.5mm的锡铋系合金金属带，其中，挤压温度为100摄氏度，挤压压力为40bar，挤压速度为4mm/s；
压延过程：采用ψ450×1200mm压延机将锡铋系合金金属带进行连续压延，将工艺参数调整至压延压力为6.5P，压辊温度控制在70摄氏度；
采用15％的压延率为锡铋系合金金属带进行一次压延，一次压延后得到厚度为0.35mm的锡铋系合金金属带；再采用11％的压延率对锡铋系合金金属带进行二次压延，二次压延后锡铋系合金金属带的厚度为0.08mm；再将压延率调整为10％进行三次压延，得到厚度为0.1mm的锡铋系合金金属带。
绕环成型：采用冲压机将压延后的锡铋系合金金属带冲压成长方形片，再采用卷圆机将长方形片绕成环状，获得直径为8mm的锡铋系合金预成型焊环。
实施例4～18：
实施例4～18：与实施例1的区别在于超薄锡铋系预成型焊环的制备原料的配比不同，实施例4～18的超薄锡铋系预成型焊环的制备原料的配比如表1所示。
表1实施例4～18的制备原料的配比
实施例19：
实施例19与实施例1的区别在于，超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺中，融化过程中仅采用单个搅拌轮进行搅拌。
对比例
对比例1：
对比例1与实施例1的区别在于，超薄锡铋系预成型焊环中的制备原料中，采用锡42kg，铋57kg，银1kg，不添加微量元素。
对比例2：
对比例2与实施例1的区别在于，超薄锡铋系预成型焊环中的制备原料中，微量元素采用0.05kg的硅(Si)。
对比例3：
对比例3与实施例1的区别在于，超薄锡铋系预成型焊环中的制备原料中，微量元素采用0.05kg的钛(Ti)。
对比例4：
对比例4与实施例1的区别在于，超薄锡铋系预成型焊环中的制备原料中，微量元素采用0.05kg的钼(Mu)。
对比例5：
对比例5与实施例1的区别在于，超薄锡铋系预成型焊环的制备原料和制备工艺不同，其中，制备原料为58kg铋、42kg锡；制备步骤包括：
(1)配置原料：将58kg铋、42kg锡的原料配好；
配置保护体系：将电阻炉、坩埚、铸模和石英棒设置于真空手套箱内，构成保护预合金化体系；
(2)熔铸：将各组分的原料放入已配置好的保护预合金化体系中，启动真空泵将真空手套箱内的压力调至-0.1Mpa，停机后再充入N2至大气压；启动电阻炉，设定温度为350摄氏度，通过石英棒进行搅拌，将制备原料融化成均匀的溶液，并浇铸到锭模内形成柱状的锡铋合金铸锭；
(3)采用轴径60mm的热轧机，轧制的温度为120℃，轧制压力≤500KG，线速度控制为0.6/min，对锡铋合金铸锭采用热轧机进行热轧压延；
粗轧：对厚度在1mm以上的带材进行粗轧，每次的下压量控制在0.10mm至0.30mm；
细轧：对厚度在1mm以下的带材进行粗轧，每次的下压量控制在0.005mm，直至压延得到厚度为0.05mm的带材；
冲裁：将金属带通过模具冲裁成的方片；
绕环成型：将方片采用卷圆机将长方形片绕成直径为4mm的焊环。
性能检测
对实施例1和对比例1制得的超薄锡铋系预成型焊环采用高倍显微镜进行内部的分子结构观测，分子结构状态如图1～4所示。
由图1中的左图和右图对比可以看出，在25X的高倍显微镜下，本申请制得的锡铋系合金的分子结构中分子间空洞(黑色点)明显减少；结合图2可以看出，采用本申请的制备配方和制备工艺后，锡铋系合金中，分子间空洞的数量和密度呈现明显下降，且单个空洞的大小减小，说明晶粒实现了细化；再参照图3和图4，可以看出，在200X和400X的高倍显微镜下，锡铋系合金的分子结构由山峰错位结构转变为扁平化，说明本申请改善了锡铋系合金的分子结构，从而改善了锡铋系合金的脆化性能。
实践证明，采用实施例1～19的制备原料配比和制备工艺，制得的锡铋系合金的韧性较好，均可以加工成超薄(0.04-0.1mm)的锡铋系预成型焊环，且加工的成品率均能够达到90％以上，说明当加入一定的微量元素时，能够在一定程度上改善锡铋系合金的脆性。
与实施例19相比，实施例1～18中，采用搅拌轮与剪切轮同时工作的形式，增强了锡铋系合金中分子结构的结合速度和强度，使得微量元素的分散性更佳，与本申请的加工温度相结合，获得了改善锡铋系合金的粗状结晶结构，从而降低锡铋系合金的脆性的效果，在压延、绕卷成型过程中更不易发生断裂现象。
与对比例2～4相比，在实施例1～5中，当微量元素仅选用镍、铜、锑、镧、铈中的一种时，均可获得改善锡铋系合金的脆性的效果。本申请选择的几种微量元素(镍、铜、锑、镧、铈)对锡铋系合金的铋晶粒均具有细化作用，可以有效改善锡铋系合金的韧性，加工过程中金属带发生脆化、开裂的概率较低，成品率能够稳定在90％。尤其在锡42～64％，银0.4～1％，微量元素0.05～0.15％，余量为铋；微量元素采用镍、铜、铈中的一种或多种时，加工的成品率能够进一步提升到95％。
同时，在加工过程中采用冷却水进行快速冷却、结合控制后的挤压温度和压延温度，从而使得加入微量元素后锡铋系合金的化学成分能够均匀分布，降低了晶粒恢复粗大的概率。研发试验发现，当微量元素采用Si、Ti、Mu时，无法改善锡铋系合金的分子结构粗大问题，导致锡铋系合金在压延或绕卷成型步骤中产生断裂现象，无法加工出超薄的锡铋系预成型焊环，同时融化混合均匀工艺难度较高，在融化过程中容易出现结块、混合不均匀的现象。
实验过程中发现，与实施例2～5、实施例13～14相比，实施例6～12、实施例15～19选用多种微量元素的组合时，尤其在同时采用镍、铈中的一种或多种，并与铜组合时，压延和冲压、绕环成型工艺的加工成品率更高，能够稳定在99.9％。采用多种微量元素组合的形式，能够进一步提升锡铋系合金在压延、冲压过程中的稳定性，弥补单个微量元素改善效果不稳定的缺陷，提升制得的超薄锡铋系预成型焊环的加工稳定性、成品率等综合性能。更优的，当采用实施例6、实施例7的制备原料的组合时，成品率能够稳定在100％，具有极高的加工稳定性。
与实施例1～19相比，对比例5的制备方案能够制备出超薄的焊片，但无法继续生产，在绕环成型步骤中的加工报废率极高，对焊片的弯折过程中容易使焊片产生脆性断裂、出现裂纹，导致无法将焊片卷绕成所需的环状焊料，影响焊料的焊接性能，说明采用对比例5的制备方案改善锡铋合金的脆性效果不够，无法满足特殊焊接工艺的焊料需求。
上述具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本申请做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的保护范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，其特征在于：
所述焊环按重量百分比，包括有以下组分：锡40～80%，银0.05～3%，微量元素0.01～0.5%，余量为铋；所述微量元素采用镍、铜、镧、铈中的一种或多种；所述焊环的厚度为0.04-0.10mm；
所述制备工艺包括有以下工序：
融化：
步骤a、将银、微量元素与部分的锡在800～1000摄氏度下融化并搅拌均匀，再倒出、冷却获得母合金，其中，银、微量元素的总质量与部分的锡的重量比为1：（2～5）；
步骤b、将剩余的锡进行融化，融化温度为350～450摄氏度，待融化温度稳定后，边搅拌边加入铋，搅拌25～35分钟后，再加入步骤a获得的母合金，继续搅拌10～15分钟获得合金溶液；
所述步骤b中的搅拌过程中同时采用搅拌轮和剪切轮；
所述搅拌轮的转速为600～800转/min，剪切轮的转速为1000～1300转/min；
步骤c、将步骤b获得的合金溶液倒入模具中，冷却后获得柱状的锡铋系合金柱；
挤压：将锡铋系合金柱挤压成厚度为1.0～2.0mm的锡铋系合金金属带，其中，挤压温度为95～105摄氏度，挤压压力为30～50bar，挤压速度为3～5mm/s；
压延：将锡铋系合金金属带进行连续压延，直至锡铋系合金金属带的厚度为0.04～1.0mm，压辊温度控制在60～80摄氏度；其中：当锡铋系合金金属带的厚度为0.5～2.0mm时，采用压延率为10～20%进行压延；将锡铋系合金金属带的厚度压延至0.2～0.5mm后，调整压延率为8～15%；当锡铋系合金金属带的厚度压延至0.04～0.1mm时，将压延率更换为5～10%；
绕环成型：采用冲压设备将锡铋系合金金属带冲压成方片，再将方片绕成焊环。
2.根据权利要求1所述的超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，其特征在于：所述焊环按重量百分比，包括有以下组分：锡42～64%，银0.4～1%，微量元素0.05～0.15%，余量为铋；所述微量元素采用镍、铜、铈中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，其特征在于，采用如下组合中的任意一种：
Sn（40～44）Ag（0.8～1.2）Ni（0.04～0.06），余量为Bi；
Sn（40～44）Ag（0.3～0.5）Ni（0.04～0.06）Cu（0.08～0.12），余量为Bi；
Sn（62～66）Ag（0.8～1.2）Ce（0.008～0.012）Cu（0.08～0.12），余量为Bi。
4.根据权利要求3所述的超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，其特征在于，采用如下组合中的任意一种：
Sn42Ag1Ni0.05，余量为Bi；
Sn42Ag0.4Ni0.05Cu0.1，余量为Bi；
Sn64Ag1Ce0.01Cu0.1，余量为Bi。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的超薄锡铋系预成型焊环的制备工艺，其特征在于，超薄锡铋系预成型焊环的直径为4～8mm。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115383349B (zh) * 2022-10-09 2023-11-07 云南锡业集团（控股）有限责任公司研发中心 微合金化调控微观结构获得高韧性无铅锡铋焊料的方法
JP7406052B1 (ja) * 2023-09-14 2023-12-26 株式会社タムラ製作所 はんだ合金、ソルダペースト、接合部、接合構造体および電子制御装置

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003061897A1 (fr) * 2002-01-22 2003-07-31 Japan Science And Technology Corporation Materiau de soudage sans plomb
CN101081464A (zh) * 2007-07-13 2007-12-05 北京工业大学 含微量稀土的SnBi和SnBiAg系低温无铅钎料
CN101716703A (zh) * 2009-11-30 2010-06-02 南京达迈科技实业有限公司 低银SnAgCuBi系无铅焊锡合金及其制备方法
CN103639620A (zh) * 2013-12-04 2014-03-19 广州先艺电子科技有限公司 一种Sn-Bi脆性合金预成型焊片的制备方法
CN105195915A (zh) * 2015-10-30 2015-12-30 苏州优诺电子材料科技有限公司 一种低温无铅焊料合金
WO2016178000A1 (en) * 2015-05-02 2016-11-10 Alpha Metals, Inc. Lead-free solder alloy with low melting point
CN107999995A (zh) * 2017-12-12 2018-05-08 云南锡业锡材有限公司 用于低温焊接的焊锡丝及其制备工艺
CN108044253A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 云南锡业锡材有限公司 用于连续铸挤制备的低温焊锡丝及其制备工艺
CN108098185A (zh) * 2017-12-27 2018-06-01 明光顺和自动化设备科技有限公司 一种mpy沾锡机用的低熔点无铅焊锡
CN108526748A (zh) * 2018-03-28 2018-09-14 云南锡业锡材有限公司 一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金
CN108941967A (zh) * 2018-08-09 2018-12-07 重庆源晶电子材料有限公司 一种低温有芯焊锡丝及其制备方法
CN109352208A (zh) * 2018-11-21 2019-02-19 华南理工大学 一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法
CN109732237A (zh) * 2019-01-02 2019-05-10 昆明理工大学 一种SnBiCuAgNiCe低温无铅焊料合金
CN110549030A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 江苏太阳科技股份有限公司 一种用于hit异质结的光伏焊带的低温焊料及制备方法
CN111230355A (zh) * 2019-10-06 2020-06-05 普鲁沃斯特.让-克劳德.卢锡安 用于取代Sn-Pb合金、SAC305、Sn-Cu和Sn100C的无铅焊料合金
CN112372177A (zh) * 2020-11-03 2021-02-19 哈尔滨理工大学 高润湿性钎料及其制备方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003061897A1 (fr) * 2002-01-22 2003-07-31 Japan Science And Technology Corporation Materiau de soudage sans plomb
CN101081464A (zh) * 2007-07-13 2007-12-05 北京工业大学 含微量稀土的SnBi和SnBiAg系低温无铅钎料
CN101716703A (zh) * 2009-11-30 2010-06-02 南京达迈科技实业有限公司 低银SnAgCuBi系无铅焊锡合金及其制备方法
CN103639620A (zh) * 2013-12-04 2014-03-19 广州先艺电子科技有限公司 一种Sn-Bi脆性合金预成型焊片的制备方法
WO2016178000A1 (en) * 2015-05-02 2016-11-10 Alpha Metals, Inc. Lead-free solder alloy with low melting point
CN105195915A (zh) * 2015-10-30 2015-12-30 苏州优诺电子材料科技有限公司 一种低温无铅焊料合金
CN107999995A (zh) * 2017-12-12 2018-05-08 云南锡业锡材有限公司 用于低温焊接的焊锡丝及其制备工艺
CN108044253A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 云南锡业锡材有限公司 用于连续铸挤制备的低温焊锡丝及其制备工艺
CN108098185A (zh) * 2017-12-27 2018-06-01 明光顺和自动化设备科技有限公司 一种mpy沾锡机用的低熔点无铅焊锡
CN108526748A (zh) * 2018-03-28 2018-09-14 云南锡业锡材有限公司 一种SnBiAgSbIn低温无铅焊料合金
CN108941967A (zh) * 2018-08-09 2018-12-07 重庆源晶电子材料有限公司 一种低温有芯焊锡丝及其制备方法
CN109352208A (zh) * 2018-11-21 2019-02-19 华南理工大学 一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法
CN109732237A (zh) * 2019-01-02 2019-05-10 昆明理工大学 一种SnBiCuAgNiCe低温无铅焊料合金
CN110549030A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 江苏太阳科技股份有限公司 一种用于hit异质结的光伏焊带的低温焊料及制备方法
CN111230355A (zh) * 2019-10-06 2020-06-05 普鲁沃斯特.让-克劳德.卢锡安 用于取代Sn-Pb合金、SAC305、Sn-Cu和Sn100C的无铅焊料合金
CN112372177A (zh) * 2020-11-03 2021-02-19 哈尔滨理工大学 高润湿性钎料及其制备方法

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