CN1775458A - 一种低熔点无铅焊锡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的低熔点无铅焊锡，其组分及其重量百分比含量为：Bi20.0～40.0％，Zn 0.01～8.0％，Al 0.0～2.0％，Mg 0.0～2.0％，混合稀土0.0～2.0％，其余为Sn和不可避免的杂质，混合稀土中含有La、Ce和Nd元素。该低熔点无铅焊锡为非共晶合金，根据成分的不同，其固相点为125～140℃、液相点为150～170℃。它的熔点较低，适用于对温度敏感、不耐热元器件的焊接，可以消除焊接时由于焊接温度过高对电子元器件的损伤；对环境无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊锡材料，尤其是低熔点无铅焊锡。
背景技术
用Sn63Pb37焊锡制造的电子产品中不可避免地含有铅，这样的电子产品被废弃或回收过程中，对环境造成污染、对人类的健康带来危害。此外，Sn63Pb37焊锡或含铟焊锡的熔点为～185℃，焊接加工温度在～240℃，在焊接对温度敏感的电子元器件时，会对元器件造成损伤，需要用熔点较低的焊锡来焊接。特别是，当电子元器件中已经具有用熔点为～185℃的焊锡焊接的焊点时，如果仍然用这类焊锡再次焊接时，会使原有的焊点脱焊。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔点低于Sn63Pb37焊锡熔点的低熔点无铅焊锡。
本发明的低熔点无铅焊锡，它的组分及其重量百分比含量为：
Bi 20.0～40.0％
Zn 0.01～8.0％
Al 0.0～2.0％
Mg 0.0～2.0％
混合稀土0.0～2.0％，其余为Sn和不可避免的杂质，混合稀土中含有La、Ce和Nd元素。
上述的混合稀土可以是市售商品。
本发明的低熔点无铅焊锡的制备方法，其步骤如下：
1)以纯Bi、纯Zn、纯Al、纯Mg、混合稀土、纯Sn为原料，按重量百分含量20.0～40.0％Bi、0.01～8.0％Zn、0.0～2.0％Al、0.0～2.0％Mg、0.0～2.0％混合稀土、余Sn，配制合金料；
2)将合金料装入直径为12～20mm的石英玻璃管中，或当含有混合稀土时，先用真空非自耗电弧炉制备锡-混合稀土合金，然后将锡-混合稀土合金和其他成分一起装入直径为12～20mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以1～3℃/分钟的速率升温至800～900℃，保温1～3小时后断电，随炉冷却至200～300℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品。
除上述方法外，或者也可采用真空感应熔炼炉熔炼大体积的低熔点系无铅焊锡。
本发明的低熔点无铅焊锡为非共晶合金，根据成分的不同，其固相点为125～140℃、液相点为150～170℃。该系列无铅焊锡合金的熔点较低，适用于对温度敏感、不耐热元器件的焊接，可以消除焊接时由于焊接温度过高对电子元器件的损伤；对环境无污染。
附图说明
图1是本发明实施例1中无铅焊锡在升温和降温过程的差示扫描量热(DSC)曲线；
图2是本发明实施例2中无铅焊锡在升温和降温过程的DSC曲线；
图3是本发明实施例3中无铅焊锡在升温和降温过程的DSC曲线；
图4是本发明实施例4中无铅焊锡在升温和降温过程的DSC曲线。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明。
实施例1
1)以纯Bi、纯Zn、纯Al、纯Mg、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中17.24gBi、0.005gZn、0.25gAl、0.5gMg，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至850℃，保温2小时后断电，随炉冷却至200℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为34.5％Bi、0.01％Zn、0.5％Al、1.0％Mg，其余为Sn和不可避免的杂质，固相点温度为139.0℃和液相点温度为151.2℃，图1是该样品的DSC曲线。
实施例2
1)以纯Bi、纯Zn、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中17.15gBi、1.0gZn，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至900℃，保温2小时后断电，随炉冷却至200℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为34.3％Bi、2.0％Zn其余为Sn和不可避免的杂质，固相点温度为134.1℃和液相点温度为170.7℃，图2是该样品的DSC曲线。
实施例3
1)以纯Bi、纯Zn、混合稀土、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中16.45gBi、2.0gZn、1.0g混合稀土、其余为Sn和不可避免的杂质；
2)为了便于制备含稀土的焊锡，先用真空非自耗电弧炉制备锡-混合稀土合金；将锡-混合稀土合金和其它成分装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至850℃，保温2小时后断电，随炉冷却至200℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为32.9％Bi、4.0％Zn、2.0％混合稀土其余为Sn和不可避免的杂质，固相点温度为134.0℃和液相点温度为171.2℃，图3是该样品的DSC曲线。
实施例4
1)以纯Bi、纯Zn、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中16.8gBi、2.0gZn，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至900℃，保温2小时后断电，随炉冷却至200℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为33.6％Bi、4.0％Zn其余为Sn和不可避免的杂质，固相点温度为133.9℃和液相点温度为165.9℃，图4是该样品的DSC曲线。
实施例5
1)以纯Bi、纯Zn、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中16.1gBi、4.0gZn，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至850℃，保温2小时后断电，随炉冷却至200℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为32.2％Bi、8.0％Zn其余为Sn和不可避免的杂质，固相点温度为134.2℃和液相点温度为202.4℃。
实施例6
1)以纯Bi、纯Zn、纯Sn为原料，按重量百分比配制50克合金料，其中12.75gBi、3.25gZn，其余为Sn和不可避免的杂质；
2)将合金料装入直径为12mm的石英玻璃管中，抽真空，在保持合金料温度不升高的条件下，在高温火焰下密封石英玻璃管口；
3)将密封的石英玻璃管放入立式电炉中，以2℃/分钟的速率升温至900℃，保温2小时后断电，随炉冷却至200℃，取出石英玻璃管并立即放入冷水中，得到无铅焊锡样品，成分为25.5％Bi、6.5％Zn，其余为Sn和不可避免的杂质，固相点温度为135.5℃和液相点温度为207.2℃。
表1列出了本发明的低熔点无铅焊锡的典型成分、固相点和液相点的温度。
表1
| No | 成分(重量％) | 熔点(℃) | ||||||
| Bi | Zn | Al | Mg | 混合稀土 | Sn | 固相点 | 液相点 | |
| 1 | 34.5 | 0.01 | 0.5 | 1.0 | 余量 | 139.0 | 151.2 | |
| 2 | 34.3 | 2.0 | 余量 | 134.1 | 170.7 | |||
| 3 | 32.9 | 4.0 | 2.0 | 余量 | 134.0 | 171.2 | ||
| 4 | 33.6 | 4.0 | 余量 | 133.9 | 165.9 | |||
| 5 | 32.2 | 8.0 | 余量 | 134.2 | 202.4 | |||
| 6 | 25.5 | 6.5 | 余量 | 135.5 | 207.2 | |||
| 7 | 38.4 | 4.0 | 余量 | 134.0 | 157.0 | |||
| 8 | 33.3 | 4.0 | 1.0 | 余量 | 134.2 | 162.9 | ||
| 9 | 32.9 | 6.0 | 余量 | 124.8 | 164.5 | |||
| 10 | 20.0 | 0.01 | 0.1 | 余量 | 138.1 | 185.3 | ||
| 11 | 28.0 | 3.0 | 2.0 | 余量 | 135.6 | 187.4 | ||
| 12 | 25.3 | 4.0 | 2.0 | 余量 | 132.4 | 178.3 | ||
Claims (1)
1.一种低熔点无铅焊锡，其特征在于它的组分及其重量百分比含量为：
Bi 20.0～40.0％
Zn 0.01～8.0％
Al 0.0～2.0％
Mg 0.0～2.0％
混合稀土0.0～2.0％，其余为Sn和不可避免的杂质，混合稀土中含有La、Ce和Nd元素。
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