專利名稱：錫銀鋅系無鉛焊膏及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊膏和它的制備方法，特別是錫銀鋅系無鉛焊膏及其制備方法。
背景技術(shù)：
與人類生活工作密切相關(guān)的各種電子產(chǎn)品在造福人類的同時(shí)，也因在電子產(chǎn)品中含鉛 焊料的使用而日益危害人類的身體健康和生態(tài)環(huán)境。歐盟領(lǐng)導(dǎo)下的電子電氣,設(shè)備廢棄組織 (WEEE)要求在2006年停止在電子裝配工業(yè)中使用含鉛材料。美國(guó)國(guó)家電子制造協(xié)會(huì) (NEMI)為此專門實(shí)施一個(gè)名為"NEMI的擇接無鉛化計(jì)劃"來系統(tǒng)研究無鉛裝配在電子工 業(yè)中的使用問題；日本的主要消費(fèi)電子制造企業(yè)也紛紛承諾盡快全面實(shí)現(xiàn)無鉛電子裝配， 這一切使無鉛焊料的研究迫在眉睫。為迎接全球同步焊接無鉛化的浪潮，避開國(guó)際上已發(fā) 展的無鉛焊料專利壁壘，制定適合中國(guó)國(guó)情的無鉛焊料發(fā)展戰(zhàn)略已成為中國(guó)電子裝配工業(yè) 的當(dāng)務(wù)之急。
隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷更新，電子器件的微型化趨勢(shì)越來越明顯， 傳統(tǒng)的焊絲、焊條越來越不能滿足微型化要求，而焊膏則成為今后發(fā)展的方向。焊膏是由 焊料與助焊劑混合組成，所以焊膏的研究和開發(fā)過程中必須要求有相應(yīng)的助焊劑能與焊料 配套使用。
在Sn-Ag-Zn合金中，Zn可與抗腐蝕元素Ag結(jié)合生成金屬間化合物，使腐蝕電位急劇 降低，且潤(rùn)濕性與Sn-Ag共晶焊料相當(dāng)。與Sn-Ag相比，Sn-Ag-Zn在許多方面都可提供優(yōu) 越的機(jī)械性能，其具有較好的強(qiáng)度而不損失絲毫延展性，高溫蠕變性能顯著提高，并稍微 降低合金熔點(diǎn)。以這種高性能焊料合金為研究對(duì)象，加入助焊劑，解決與傳統(tǒng)的Sn-Pb焊 料相比，無鉛焊料潤(rùn)濕性差，易氧化，且熔點(diǎn)高的不足，得到性能優(yōu)異的無鉛焊膏。
目前，焊膏的制備主要通過將焊料的塊體制粉后，與助焊劑以一定比例混合制得。焊 料的制備原料一般為各金屬或合金的塊體，通過熔煉制備得到焊料，在熔煉過程中容易發(fā) 生組分的偏聚，為得到組分均勻的產(chǎn)品，需要長(zhǎng)時(shí)間的攪拌(根據(jù)企業(yè)規(guī)模不同，該過程 所需時(shí)間不同，但即使是小型企業(yè)也需要攪拌2小時(shí)左右)。因?yàn)槭菙嚢柙谌廴跔顟B(tài)下進(jìn) 行，則制備過程要保持在高溫條件，這就會(huì)導(dǎo)致熱能的損耗，消耗能源。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是提供錫銀鋅系無鉛焊膏及其制備方法 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的錫銀鋅系無鉛焊膏，焊膏的組份和質(zhì)量百分比分別為99. 5-85%錫銀鋅系無鉛 合金粉體和0. 5-15%助焊劑。 所述的錫銀鋅系無鉛合金粉的粒徑為10-50pm。 所述的錫銀鋅系無鉛合金粉的組份和質(zhì)量百分比為
錫 99-85
銀 0. 01-4, 5
鋅 0.01-5
鉍 0-5
銦 0-4
稀土元素 0-5
鎵 0-2.5
磷 0-3。 本發(fā)明的錫銀鋅系無鉛焊膏的制備方法，步驟如下
1) 按比例將原料充分混合均勻，在2-10MPa的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫 差示掃描量熱儀或者管式燒結(jié)爐中，通入氬氣，進(jìn)行燒結(jié)，以速率為 5K/min-40K/min，升溫至455-535K，在此溫度保溫?zé)Y(jié)0-2個(gè)小時(shí)，然后以 10K/min-50K/min的速度降至室溫；
2) 將燒結(jié)后的錫銀鋅系無鉛焊料塊體通過霧化設(shè)備，制成粒徑為10-50pm的無鉛焊料 粉體；
3) 將所制得的無鉛焊料粉體與助焊劑混合并均勻。
所述的錫銀鋅系無鉛焊料粉體的粒徑為10-50pm，將純度為99. 99%的各合金元素按質(zhì) 量比99-85:0. 01-4. 5:0. 01_5配成錫銀鋅無鉛焊料，在此基礎(chǔ)上為提高潤(rùn)濕性可加入0-5 的鉍及0-4的銦，為細(xì)化組織可加入0-5的稀土元素為提高抗氧化性可加入0-2. 5的鎵及 0-3磷。
所述的助焊劑采用申請(qǐng)?zhí)枮?008101071494所申請(qǐng)的助焊劑。
本發(fā)明使用的原材料狀態(tài)為粉末狀，將各組分混合方便且容易均勻，最重要的是此過 程無需高溫進(jìn)行。所以此混合過程一方面節(jié)約了時(shí)間，另一方面節(jié)約了能源。然后通過燒 結(jié)的方法制備成塊狀，盡管制備后得到的成品成分均勻，但其孔隙率大，不很致密，所以 不能制成焊絲或焊條進(jìn)行使用，但通過制備焊膏所需的霧化制粉過程可消除了上述影響。 將燒結(jié)后的焊料通過霧化制粉制成焊料粉末，再與助焊劑混合制得焊膏。通過上述方法使 得由粉末態(tài)金屬制備焊膏成為可能，這樣就避免了熔煉過程中長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱所造成的能 源消耗。通過此方法制得的焊膏與通過熔煉制得的焊膏相比，僅僅是改變了制備過程，對(duì) 成品的性能沒有影響。
所述制備方法可適用于各元素金屬的原始狀態(tài)為粉體，燒結(jié)方法與其它方法相比，其 工藝簡(jiǎn)單，成本低。
具體實(shí)施例方式
例1
先將純度為99.99%的錫、銀、鋅粉末按質(zhì)量比為96.5:3.49:0.01充分混合均勻，接 著在2MPa的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫差示掃描量熱儀或者管式燒結(jié)爐中， 通入氬氣，進(jìn)行燒結(jié)，以速率為5K/min，升溫至495K，在此溫度保溫?zé)Y(jié)10min，然后以 10K/min的速度降至室溫。將燒結(jié)后的錫銀鋅無鉛焊料塊體通過霧化設(shè)備，制成粒徑為10pm 的無鉛焊料粉體。所制得的無鉛焊料粉體與2008101071494所申請(qǐng)的助焊劑實(shí)施例一按 99.5:0.5混合并充分均勻。
例2
先將純度為99. 99%的錫、銀、鋅、鎵、銦、磷粉末按質(zhì)量比為99:0. 01:0. 69:0. 1:0. 1:0. 1 充分混合均勻，接著在5MPa的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫差示掃描量熱儀或 者管式燒結(jié)爐中，通入氬氣，進(jìn)行燒結(jié)，以速率為10K/min，升溫至500K，在此溫度保溫 燒結(jié)30min，然后以25K/min的速度降至室溫。將燒結(jié)后的錫銀鋅無鉛焊料^t央體通過霧化 設(shè)備，制成粒徑為25,的無鉛焊料粉體。所制得的無鉛焊料粉體與2008101071494所申 請(qǐng)的助焊劑實(shí)施例二按95:5混合并充分均勻。
例3
先將純度為99.99%的錫、銀、鋅、銦、鉍、稀土元素粉末按質(zhì)量比為96:2. 4:5:4:5:5 充分混合均勻(其中稀土元素以預(yù)配好的錫稀土中間合金粉末的形式加入)，接著在8MPa 的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫差示掃描量熱儀或者管式燒結(jié)爐中，通入氬氣， 進(jìn)行燒結(jié)，以速率為20K/min，升溫至505K，在此溫度保溫?zé)Y(jié)60min，然后以40K/min 的速度降至室溫。將燒結(jié)后的錫銀鋅無鉛焊料塊體通過霧化設(shè)備，'制成粒徑為4(^rn的無 鉛焊料粉體。所制得的無鉛焊料粉體與2008101071494所申請(qǐng)的助焊劑實(shí)施例三按90:10
混合并充分均勻。 例4
先將純度為99.99%的錫、銀、鋅、鉍、磷、鎵、稀土元素粉末按質(zhì)量比為 85:4. 5:3. 4:1. 5:3:2. 5:0. 1充分混合均勻(其中稀土元素以預(yù)配好的錫稀土中間合金粉末 的形式加入)，接著在lOMPa的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫差示掃描量熱儀或 者管式燒結(jié)爐中，通入氬氣，進(jìn)行燒結(jié)，以速率為40K/min，升溫至490K，在此溫度保溫 燒結(jié)120min，然后以50K/ndn的速度降至室溫。將燒結(jié)后的錫銀鋅無鉛焊料塊體通過霧化 設(shè)備，制成粒徑為50|_un的無鉛焊料粉體。所制得的無鉛焊料粉體與2008101071494所申 請(qǐng)的助焊劑實(shí)施例四按85:15混合并充分均勻。
本發(fā)明并不局限于實(shí)例中所描述的技術(shù)，它的描述是說明性的，并非限制性的，本發(fā) 明的權(quán)限由權(quán)利要求所限定，基于本技術(shù)領(lǐng)域人員依據(jù)本發(fā)明所能夠變化、重組等方法得 到的與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種錫銀鋅系無鉛焊膏，其特征在于焊膏的組份和質(zhì)量百分比分別為99.5-85％錫銀鋅系無鉛合金粉體和0.5-15％助焊劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的錫銀鋅系無鉛焊膏，其特征是所述的錫銀鋅系無鉛合金粉的粒徑為 10-50,。
3. 如權(quán)利要求1所述的錫銀鋅系無鉛焊膏，其特征是所述的錫銀鋅系無鉛合金粉的組份和 質(zhì)量百分比為錫99-85銀0. 01-4. 5鋅0. 01-5鉍0-5銦0-4稀土元素0-5鎵0-2. 5磷0-3。
4.權(quán)利要求1的錫銀鋅系無鉛焊膏的制備方法，其特征是1) 按比例將原料充分混合均勻，在2-10MPa的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫差 示掃描量熱儀或者管式燒結(jié)爐中，通入氬氣，進(jìn)行燒結(jié)，以速率為5K/rain-40K/min， 升溫至455-535K，在此溫度保溫?zé)Y(jié)0-2個(gè)小時(shí)，然后以10K/min-50K/min的速度 降至室溫；2) 將燒結(jié)后的錫銀鋅系無鉛焊料塊體通過霧化設(shè)備，制成粒徑為10-50網(wǎng)的無鉛焊料粉 體；3) 將所制得的無鉛焊料粉體與助焊劑混合并均勻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錫銀鋅系無鉛焊膏及其制備方法，焊膏的組份和質(zhì)量百分比分別為99.5-85％錫銀鋅系無鉛合金粉體和0.5-15％助焊劑。按比例將原料充分混合均勻，在2-10MPa的壓力下制成塊體，將所述塊體放入高溫差示掃描量熱儀或者管式燒結(jié)爐中，通入氬氣，進(jìn)行燒結(jié)，以速率為5-40K/min，升溫至455-535K，在此溫度保溫?zé)Y(jié)0-2個(gè)小時(shí)，然后以10-50K/min的速度降至室溫；將燒結(jié)后的錫銀鋅系無鉛焊料塊體通過霧化設(shè)備，制成粒徑為10-50μm的無鉛焊料粉體；將所制得的無鉛焊料粉體與助焊劑混合并均勻。本發(fā)明將各組分混合方便且容易均勻，最重要的是此過程無需高溫進(jìn)行，節(jié)約了時(shí)間，節(jié)約了能源，燒結(jié)方法與其它方法相比，其工藝簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)B23K35/36GK101342641SQ20081005427
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者余黎明, 劉永長(zhǎng), 徐榮雷, 倩 趙, 晨 韋, 馬宗青 申請(qǐng)人:天津大學(xué)