CN1421296A - 一种无铅焊料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅焊料，其配方为：Zn：1－10％，Bi：1－20％，Cu：0.1－1.0％，Al：0.1－0.5％，Ag：0.1－2.0％，其余为Sn。上述配方的无铅焊料是通过二步熔炼法制成的，在第一步熔炼中将易于氧化的Zn、Bi、Al和Cu在隔绝氧气的环境下熔炼成中间合金，然后在第二步熔炼中再将其余的元素与中间合金一起熔炼成最后的产品。本发明通过其独特的配料及配比以及独特的二步熔炼法，使获得的焊料保留了现有焊料良好的机械性能，其延展性可与含铅焊料相当，消除脆性，其熔点更接近含铅焊料Sn－37Pb的熔点，同时，本焊料的成本的低廉。
Description
技术领域
本发明属于焊接所用焊料领域，尤其涉及一种无铅焊料及其制作方法。
背景技术
众所周知，铅是一种有毒物质，人体吸收过量的铅会导致铅中毒，铅的少量吸收也会影响人的认识能力和神经系统。铅在一些国家的许多领域都被禁止使用，如汽车、罐头和自来水管，但是在焊接领域中禁铅一直进展缓慢，焊料从发明出来到现在已有几千年的历史，Sn/Pb焊料以其优异的性能和低廉的成本，一直为人们广泛使用，现已成为电子组装焊接中的主要焊接材料。在电子制造业中，含铅焊料在一定温度下会释放出有毒的烟气，使操作者受害，而生产中含铅废液或废料的排放和处理后，铅会释放出来进入地下水，污染饮用水源，各种废弃掉的电子产品其上的含铅焊料也会造成不可忽视的污染。对人身体和环境有如此严重污染的含铅焊料至今还在广泛使用，而对它的禁用的进展又十分缓慢，其原因就在于到目前为止还找不到一种在性能上与含铅焊料相当且成本适宜的替代品。
现有技术中研究开发的无铅焊料主要有Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi几种体系，但其与Sn-Pb共晶焊料相比，都有明显的不足。下列表1说明。
表1 现有技术中各种无铅焊料优缺点
| 无铅焊料体系 | 机械性能 | 拉伸强度 | 蠕变特性 | 延展性 | 熔点 | 润湿性 | 成本 | 其它 |
| Sn-Ag | 好 | 好 | 好 | 差 | 偏高30-40℃ | 差 | 高 | |
| Sn-Zn | 好 | 好 | 好 | 差 | 易氧化、易腐蚀 | |||
| Sn-In | 差 | 太高 | 极易氧化 | |||||
| Sn-Bi | 好 | 好 | 差 | |||||
| Sn-Sb | 差 | 稍有毒 |
比较现有技术中的几种无铅焊料的优缺点可知，其延展性普遍较低，润湿性差，追其原因，一是没有找到一种合适的合金构成，另外，在合金构成过程中也存在工艺方面的问题，导致制造出的焊料被氧化，使其性能更差。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种机械性能、熔点和延展性均优良的无铅焊料；本发明的另一目的是提供前述无铅焊料的制备方法。
本发明提供的无铅焊料的配方如下：(以下为重量百分数)
Zn： 1-10％
Bi： 1-20％
Cu： 0.1-1.0％
Al： 0.1-0.5％
Ag： 0.1-2.0％
其余为Sn。
上述无铅焊料的制作方法如下：
A、将Zn、Cu、Al和Bi四种金属，在真空熔炼炉中熔炼成中间合金，熔炼炉中的真空度应维持在10-6Pa以下，温度在500-800℃，较佳温度在600-700℃，熔炼时间为1-3小时，然后铸成中间合金铸锭；
B、在常规熔炼炉中熔化金属Sn，1-3小时后将由步骤A获得的中间合金的固态块状或锭状/条状物以及Ag锭或Ag粉加入，在200-600℃恒温熔炼2-5小时，较佳的是在300-400℃恒温熔炼2-5小时；
C、将前步熔炼完毕的熔融态的合金注入模具中铸锭。
对于本发明制出的无铅焊料可以进行拉丝加工成丝状产品，如果要制成丝状产品，则：
D、对前步铸造获得到的铸件在50-150℃温度下进行热拉制丝。
本发明提供的无铅焊料通过其独特的配料及配比以及独特的二步熔炼法，使获得的焊料保留了现有焊料良好的机械性能，在焊料中增大锌的含量，同时加入了延展性很好的铝和铜，因此，其延展性可与含铅焊料相当，甚至更好，可以拉丝，可以切屑。更难得的是，本无铅焊料的熔点只有205℃，比现有无铅焊料更接近含铅焊料Sn-37Pb的熔点183℃，在本焊料中较大量加的金属元素均是成本较低易于获得的材料，价格较高的银的使用量比现有技术中Sn-Ag系列的无铅焊料要低2-3倍，因此，本焊料的成本的降低是明显的，它已很接近Sb/Pb焊料的成本了。另外，在本焊料的制备过程中将易于在空气中氧化的Zn、Cu、Al和Bi单独在隔绝空气的真空熔炼炉中熔炼成中间合金，然后再与其他合金元素一起作常规条件上的熔炼，这种方法可有效地防止氧化物的出现，由此可使本焊料消除脆性，提高延展性和机械加工性能以及导电性。
具体实施方式
本无铅焊料的配方如下：(以下为重量百分数)
Zn： 6％
Bi： 6％
Cu： 0.3％
Al： 0.1％
Ag： 0.5％
其余为Sn：87.1％
本无铅焊料的制备工艺为：
A、将Zn、Cu、Al和Bi金属块按比例投入真空熔炼炉中升温至500-800℃，熔炼1-3小时，熔炼炉中的真空度为10-6Pa以下，然后最好在隔氧的条件下铸锭制成中间合金铸锭；
B、将金属Sn投入立式或卧式熔炼炉中，升温至500℃，熔炼1小时，然后将Ag粉和步骤A制得的中间合金投入所述熔炼炉中，炉中温度恒定在500℃，熔炼2-3小时；
C、将前步熔炼好的熔融状合金注入模具中铸造成铸锭；
D、对前步制得的铸锭在50-150℃温度下热拉成丝制成无铅焊料。
本无铅焊料的配方还可以是如下：(以下为重量百分数)
Zn： 7％
Bi： 10％
Cu： 0.2％
Al： 0.1％
Ag： 0.7％
其余为Sn：82％
本无铅焊料的配方也可以如下：(以下为重量百分数)
Zn： 3.7％
Bi： 10％
Cu： 0.2％
Al： 0.1％
Ag： 1.0％
其余为Sn：85％
上述配方的无铅焊料的制备方法如前面的实施例。
Claims (9)
1、一种无铅焊料，其特征在于：其配方如下：
Zn： 1-10％
Bi： 1-20％
Cu： 0.1-1.0％
Al： 0.1-0.5％
Ag： 0.1-2.0％
其余为Sn。
2、根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于：其配方为：
Zn： 6％
Bi： 6％
Cu： 0.3％
Al： 0.1％
Ag： 0.5％
其余为Sn。
3、根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于：其配方为：
Zn： 7％
Bi： 10％
Cu： 0.2％
Al： 0.1％
Ag： 0.7％
其余为Sn。
4、根据权利要求1所述的无铅焊料，其特征在于：其配方为：
Zn： 3.7％
Bi： 10％
Cu： 0.2％
Al： 0.1％
Ag： 1.0％
其余为Sn。
5、一种制备如权利要求1所述的无铅焊料的方法，其特征在于：其步骤如下：
A、将Zn、Cu、Al和Bi四种金属，在真空熔炼炉中熔炼成中间合金，熔炼炉中的真空度应维持在10-6Pa以下，温度在500-800℃，熔炼时间为1-3小时，然后铸成中间合金铸锭；
B、在常规熔炼炉中熔化金属Sn，1-3小时后将由步骤A获得的中间合金的固态块状或锭状/条状物以及Ag锭或Ag粉加入，在200-600℃恒温熔炼2-5小时，恒温熔炼2-5小时；
C、将前步熔炼完毕的熔融态的合金注入模具中铸锭。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述中间合金的熔炼温度在600-700℃
7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤B中熔炼温度在300-400℃。
8、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述中间合金熔炼完毕后在隔绝氧气的环境中凝注成块状物。
9、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：对步骤C铸造获得到的铸件在50-150℃温度下进行热拉制丝。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: GELINMEI HI-TECH CO., LTD., SHENZHEN Free format text: FORMER NAME OR ADDRESS: GELINMEI ENVIRONMENT MATERIAL CO., LTD., SHENZHEN Owner name: SHENZHEN CITY GELINMEI HIGH NEW TECHNOLOGY CO., LT Free format text: FORMER NAME OR ADDRESS: GELINMEI HI-TECH CO., LTD., SHENZHEN |
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Address after: 518104, Shenzhen, Guangdong Province, Baoan District, Sha Wu Town, West Industrial Zone, No. 50 Patentee after: SHENZHEN GEM HIGH-TECH Co.,Ltd. Address before: 518104, Shenzhen, Guangdong Province, Baoan District, Sha Wu Town, West Industrial Zone, No. 50 Patentee before: Shenzhen Green Eco-Manufacture Hi-Tech Co.,Ltd. Address after: 518104, Shenzhen, Guangdong Province, Baoan District, Sha Wu Town, West Industrial Zone, No. 50 Patentee after: Shenzhen Green Eco-Manufacture Hi-Tech Co.,Ltd. Address before: 518101 science and Technology Museum, Longjing Road, Shenzhen, Guangdong, Baoan District B304 Patentee before: GELINMEI ENVIRONMENT MATERIAL |
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Effective date of registration: 20070716 Pledge (preservation): Pledge |
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Date of cancellation: 20130306 Granted publication date: 20041124 Pledgee: China Development Bank Co. Pledgor: SHENZHEN GEM HIGH-TECH Co.,Ltd. Registration number: 2007440000367 |
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Denomination of invention: Lead-free solder and preparation method thereof Effective date of registration: 20130724 Granted publication date: 20041124 Pledgee: China Development Bank Co. Pledgor: SHENZHEN GEM HIGH-TECH Co.,Ltd. Registration number: 2013990000502 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20041124 |