CN115091075B - 一种低温封装的高强度焊料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接材料技术领域，提供了一种低温封装的高强度焊料及其制备方法，高强度焊料按质量百分数计，包括以下组分：Bi：30％～35％，Ag：0.8％～1％，Ni：0.3～0.5％，La：0.01％～0.05％，Al：0.05％～0.1％，Y：0.01％～0.02％，余量为Sn。本发明克服了现有技术的不足，解决了现有锡基低温合金焊料整体强度、抗氧化性需进一步提高的技术问题。

Description

一种低温封装的高强度焊料及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料技术领域，具体涉及一种低温封装的高强度焊料及其制备方法。
背景技术
现有的低温合金焊料主要以锡基焊料为主，锡基焊料又包括Sn-Pb、Sn-Bi、Sn-Bi-Ag、Sn-Cu、Sn-Cu-Ag等多个系列，其中，Sn-Pb系因Pb具有毒性已被市场淘汰，而Sn-Bi-Ag、Sn-Cu-Ag系由于Ag元素的加入，能够有效提高焊料的导电性，但焊料整体强度、抗氧化性却未得到改善，难以满足恶劣工况的应用需求。
为此，我们提出一种低温封装的高强度焊料及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低温封装的高强度焊料及其制备方法，克服了现有技术的不足，解决了现有锡基低温合金焊料整体强度、抗氧化性需进一步提高的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种低温封装的高强度焊料，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分：
Bi：30％～35％，Ag：0.8％～1％，Ni：0.3～0.5％，La：0.01％～0.05％，Al：0.05％～0.1％，Y：0.01％～0.02％，余量为Sn。
进一步的，该高强度合金焊料按质量百分数计，包括以下组分：
Bi：35％，Ag：1％，Ni：0.5％，La：0.05％，Al：0.1％，Y：0.01％，余量为Sn。
本发明还提供了上述高强度焊料的制备方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：
(1)将Bi、Ag、Sn-Ni、La、Al、Sn-Y、Sn按配比一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1300～1500℃，保温30～40分钟，待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，充分搅拌后将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(2)清洗步骤(1)所得铸锭表面的脏污，然后进行冷轧、退火，退火温度设置为650～700℃，保温2～3小时，自然冷却到室温，取出退火后带材；
(3)将步骤(2)退火处理后的带材继续冷轧至所需厚度，再将其分剪、冲压出所需形状。
进一步的，步骤(1)中，Sn-Ni中间合金由以下方法制备得到，将原料中所需配比的Ni与原料质量20％的Sn一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1500℃，待原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，冷却后即得Sn-Ni中间合金。
进一步的，步骤(1)中，Sn-Y中间合金由以下方法制备得到，将原料中所需配比的Y与原料质量20％的Sn一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1600℃，待原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，冷却后即得Sn-Y中间合金。
进一步的，步骤(1)中，抽真空后，炉内真空度达到0.1～1Pa。
进一步的，步骤(1)中，将熔融液冷却至900～1000℃后倒入定型模具内。
进一步的，步骤(2)中，冷轧至带材厚度为2～3mm。
进一步的，步骤(3)中，冷轧至带材厚度为0.05～0.12mm。
(三)有益效果
本发明实施例提供了一种低温封装的高强度焊料及其制备方法。
具备以下有益效果：
1、本发明加入了Al和稀土元素La，不仅能够改善焊料硬度，而且能够改善焊料的抗氧化性能，Al在提高焊料抗氧化性能的同时，会降低润湿性能，故限制其含量，并加入稀土元素Y进一步补充，增加焊料抗氧化性能；
2、本发明加入Ni和Y，能够改善焊料的润湿性，其中，Ni的熔点高，故限制Ni含量的基础上，并加入稀土元素Y进一步补充，增加焊料润湿性，但基本不影响焊料的熔点；
3、本发明加入Al，还能够能够改善焊料的导电率、导电性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种低温封装的高强度焊料，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分：
Bi：30％，Ag：0.8％，Ni：0.5％，La：0.01％，Al：0.1％，Y：0.02％，余量为Sn。
上述高强度焊料的制备方法，包括依次进行的以下步骤：
(1)将Bi、Ag、Sn-Ni、La、Al、Sn-Y、Sn(去除制备中间合金部分所剩余的)按配比一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空至真空度达到0.1Pa，再将炉内加热到1500℃，保温30分钟，待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，充分搅拌，并冷却至900℃后将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
其中，Sn-Ni中间合金由以下方法制备得到，将原料中所需配比的Ni与原料质量20％的Sn一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1500℃，待原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，冷却后即得Sn-Ni中间合金。
Sn-Y中间合金由以下方法制备得到，将原料中所需配比的Y与原料质量20％的Sn一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1600℃，待原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，冷却后即得Sn-Y中间合金。
(2)清洗步骤(1)所得铸锭表面的脏污，然后进行冷轧，冷轧至带材厚度为2mm，然后退火，退火温度设置为700℃，保温2小时，自然冷却到室温，取出退火后带材；
(3)将步骤(2)退火处理后的带材继续冷轧至厚度为0.1mm，再将其分剪、冲压出所需形状。
实施例2～实施例5以及对比例1，与实施例1的区别仅在于原料配比不同，具体参见下表1。
表1：各实施例、对比例原料配比关系。
Bi Ag Ni La Al Y Sn
实施例1 30.00％ 0.80％ 0.40％ 0.01％ 0.05％ 0.02％ 余量
实施例2 30.00％ 1.00％ 0.50％ 0.05％ 0.10％ 0.01％ 余量
实施例3 35.00％ 0.90％ 0.50％ 0.02％ 0.05％ 0.02％ 余量
实施例4 35.00％ 0.80％ 0.30％ 0.03％ 0.08％ 0.01％ 余量
实施例5 35.00％ 1.00％ 0.50％ 0.05％ 0.10％ 0.01％ 余量
对比例1 35.00％ 1.00％ - - - - 余量
表2：各实施例、对比例的焊料参数如下：
熔点(℃) 润湿角(°) 抗拉强度(MPa)
实施例1 162.2 46.37 85.55
实施例2 161.5 33.15 91.35
实施例3 165.3 66.32 90.14
实施例4 165.9 57.04 96.50
实施例5 165.2 49.15 102..64
对比例1 164.9 97.35 81.49
有上述表2可以看出，本发明的焊料在润湿性能、力学强度方面都有明显的改善，同时，焊料的熔点并未有明显的改变。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种低温封装的高强度焊料，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分：
Bi：35%，Ag：1%，Ni：0.5%，La：0.05%，Al：0.1%，Y：0.01%，余量为Sn；
上述高强度焊料由依次进行的以下步骤制备得到：
（1）将Bi、Ag、Sn-Ni、La、Al、Sn-Y、Sn按配比一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1500℃，保温30分钟，待所有原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，充分搅拌后将熔融液倒入定型模具内，待温度降至室温后，再将定型模具从真空炉内去取出，得到加工本焊接材料所需的铸锭；
(2)清洗步骤(1)所得铸锭表面的脏污，然后进行冷轧、退火，退火温度设置为700℃，保温2小时，自然冷却到室温，取出退火后带材；
(3)将步骤(2)退火处理后的带材继续冷轧至所需厚度，再将其分剪、冲压出所需形状。
2.如权利要求1所述的一种低温封装的高强度焊料，其特征在于：步骤（1）中，Sn-Ni中间合金由以下方法制备得到，将原料中所需配比的Ni与原料质量20%的Sn一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1500℃，待原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，冷却后即得Sn-Ni中间合金。
3.如权利要求1所述的一种低温封装的高强度焊料，其特征在于：步骤（1）中，Sn-Y中间合金由以下方法制备得到，将原料中所需配比的Y与原料质量20%的Sn一起放入真空熔炼炉中，炉内抽真空后，再将炉内加热到1600℃，待原料在真空炉内彻底熔化形成熔融液，冷却后即得Sn-Y中间合金。
4.如权利要求1所述的一种低温封装的高强度焊料，其特征在于：步骤（1）中，抽真空后，炉内真空度达到0.1～1Pa。
5.如权利要求1所述的一种低温封装的高强度焊料，其特征在于：步骤（1）中，将熔融液冷却至900~1000℃后倒入定型模具内。
6.如权利要求1所述的一种低温封装的高强度焊料，其特征在于：步骤（2）中，冷轧至带材厚度为2～3mm。
7.如权利要求1所述的一种低温封装的高强度焊料，其特征在于：步骤（3）中，冷轧至带材厚度为0.05～0.12mm。
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