專利名稱：：一種低錫鋅基無鉛噴金焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低錫鋅基無鉛噴金焊料，尤其涉及一種適用于電氣分立器件中金屬化聚酯薄膜電容器端面噴涂的低錫鋅基無鉛噴金焊料，屬于電子工藝材料及電子制備
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：鉛基噴金焊料長期以來作為薄膜電容器端面噴涂的導(dǎo)電材料，因具有諸多的優(yōu)異性能，在電子工業(yè)中曾經(jīng)占著主導(dǎo)地位，但是鉛具有毒性，當(dāng)廢棄電子電器填埋處理時，焊料中的鉛遇酸雨或地下水形成含鉛的鹽類，易溶于地下水，進(jìn)入人類的供水鏈，而進(jìn)入人體內(nèi)，日積月累會導(dǎo)致鉛中毒，中毒后鉛又不易排除體外。而且鉛基噴金焊料在使用過程中，也會給操作者帶來極大的危害。而目前常用的無鉛基噴金焊料一般其主要原料為貴重金屬Sn(錫)，其含量最高可以達(dá)到90%以上，雖然在技術(shù)指標(biāo)和實(shí)用工藝性能方面能夠替代有毒的含鉛噴金焊料，但是其成本太高，而不利于廣泛應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種低錫鋅基無鉛噴金焊料及其制備方法，尤其提供一種適用于電器分立器件中金屬化薄膜電容器端面噴涂的低錫鋅基無鉛噴金焊料，該噴金焊料具備高溫下抗氧化能力強(qiáng)，潤濕性好，焊接可靠，導(dǎo)電性及力學(xué)性能優(yōu)于鉛基噴金焊料，其主要性能指標(biāo)和應(yīng)用效果完全達(dá)到并超越現(xiàn)有無鉛基噴金焊料的水平。克服了無鉛噴金焊料成本高的缺陷，以及有鉛噴金焊料容易導(dǎo)致鉛中毒的不良現(xiàn)象。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種低錫鋅基無鉛噴金焊料，所述焊料合金中各化學(xué)原料的重量份為Sn1—10、Al0.1—4、Si0.01—0.5、Cu0.1—1、Sb0.08—1.2、Pd0.O卜O.5、NdO.OO卜O.01，Zn82-98;所述焊料合金中各化學(xué)原料的重量份優(yōu)選為Sn3-9、Al0.2-3.5、Si0.04-0.4、Cu0.2-0.8、Sb0.09-1.1、Pd0.04-0.4、Nd0.004-0.007，Zn84—96;本發(fā)明還提供了一種低錫鋅基無鉛噴金焊料的制備方法，包括以下步驟(1)、按重量份稱取上述各種原料，并把稱好的Sn，放入容器中，加熱熔化；(2)、將重量比為1:1的氯化鋰和氯化鉀混合做為覆蓋劑，覆蓋在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔絕空氣中的氧氣；(3)、將Sn液升溫至900士50。C時，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，邊加熱邊攪拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加熱，靜置25-35分鐘后，除去混合覆蓋劑，鑄錠即為SnASiCuSbPdNd多元中間合金；(4)、將Zn置于另一容器中，加入上述覆蓋劑后，加熱使Zn熔化，并將其溫度升至600士5(TC時加入(3)制備的多元中間合金，攪拌使中間合金熔化，均勻分散在Zn液中，停止加熱，靜置25-35分鐘；(5)除去覆蓋劑，將合金出容器凝固即得所述低錫鋅基無鉛噴金焊料。本發(fā)明是以Zn為主體的噴金焊料與Sn形成合金后，熔點(diǎn)低，強(qiáng)度高，而Zn的價格低，總成本大大下降，但是Zn是較活潑的金屬元素，抗腐蝕性差，尤其在高溫下極易氧化而影響可焊性。當(dāng)在ZnSn合金中加入O.1%-4。/。的A1時，Al會在合金表面形成致密的惰性氧化物保護(hù)層，提高了ZnSN合金的抗氧化抗腐蝕性能，Al的延展性又好，使ZnSnAl合金便于加工，Al的成本也更低，但是Al的熔點(diǎn)約為660。C，Al的加入會提高ZnSnAl合金的熔點(diǎn)，但其熔化溫度區(qū)間變寬，這將導(dǎo)致ZnSnAl合金的粘度增大，潤濕性能降低，因此在加入Al的基礎(chǔ)上，再加入一種硬而光滑，具有半導(dǎo)體性能的準(zhǔn)金屬元素晶體Si進(jìn)行調(diào)整，其最佳用量為0.01-0.5%，這將大幅度降低合金的熔點(diǎn)和粘度，而不產(chǎn)生脆性，當(dāng)用量低于0.01%時降低焊料熔點(diǎn)的作用不明顯，而且大于0.05%時又影響焊料的導(dǎo)電性，導(dǎo)電率呈下降趨勢。為了提高ZnSnAlSi合金的潤濕性，保證可靠的焊接性能，加入適量Cu。Cu與Zn又能生成ZnCu金屬間化合物，當(dāng)Cu的加入量為0.1%-1%時會逐漸減少Zn元素在熔化焊料表面氧化，顯著減低熔態(tài)焊料的表面張力，減小焊料與被焊部位的接觸角，改善焊料的潤濕狀態(tài)，從而大大提高焊料的可焊性能。當(dāng)Cu含量低于O.1%時，潤濕效果不明顯，而Cu加入量達(dá)線時，合金的抗氧化性和潤濕性又最好，但是當(dāng)加入量大于0.7%時，由于生成的金屬間化合物過多又會使焊料變脆延展性受影響。為了解決這個缺陷在合金中加入適量質(zhì)地柔軟具有良好延展性和可塑性的Pd元素，進(jìn)行修正，Pd的加入還大大提高了低電流下合金的導(dǎo)電性能。焊料中加入適當(dāng)?shù)腟b對焊點(diǎn)的拉伸和剪切強(qiáng)度十分有利，最佳用量為0.08%-1.2%本合金焊料中Zn為主要金屬原料，Zn與Sn、Al、Si、Cu、Sb、Pd。各金屬或準(zhǔn)金屬元素形成的多元合金焊料具有抗氧化，耐腐蝕性能強(qiáng)，潤濕性好，可焊性高的優(yōu)良電性能。但合金焊料的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能還不夠理想，稀土元素的特有性能可以有效地改變合金的綜合性能，在現(xiàn)有的稀土元素中，通過應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明鑭(La)的原料稀少而貴重不易大量采購。鈰(Ce)的加入即使用量極微也會使焊料在熔態(tài)下發(fā)粘，流動性也不好，攪拌熔態(tài)焊料反而加速焊料的氧化。其它一些稀土元素加入后也不利于焊接工藝要求。微量的活潑稀土元素Nd在液態(tài)下不但很容易聚集在合金焊料的界面和表面，使合金的表面能明顯下降，增大了與被噴涂表面的潤濕力，而且細(xì)化了合金焊料的金相組織，改善了合金焊料的力學(xué)性能提高了延展性和剪切強(qiáng)度。其最佳使用0.001%-0.01%本發(fā)明一種低錫鋅基無鉛噴金焊料具有以下優(yōu)點(diǎn)-1、本發(fā)明是針對無鉛噴金焊料成本髙，傳統(tǒng)鉛基噴金焊料容易導(dǎo)致鉛中毒的不良現(xiàn)象，采用只以Zn為主體的噴金焊料與Sn等金屬元素形成合金后，熔點(diǎn)低，強(qiáng)度高，而Zn的價格低，從而總成本大大下降，達(dá)到成本低，效果佳的目的。2、本發(fā)明噴金焊料在高溫下抗氧化能力強(qiáng)，潤濕性好，焊接可靠，導(dǎo)電性及力學(xué)性能優(yōu)于鉛基噴金焊料，其主耍性能指標(biāo)和應(yīng)用效果完全達(dá)到并超越于現(xiàn)有無鉛基噴金焊料的水平.為了證明和評估本發(fā)明低Sn鋅基無鉛噴金焊料的綜合性能，以實(shí)施例1-實(shí)施8方案為配比，同時選取了目前常用的國產(chǎn)含A1噴金焊料和無鉛噴金焊料各一種作為對比例，經(jīng)原子吸收光譜儀測定其化學(xué)原料分別為對比l含鉛噴金焊料Sn41%，Zn2.2%，Sbl.1%，BiO.4%，余量Pb對比2無鉛噴金焊料Sn68.2%，Sbl.2%CuO.37%余量Zn、實(shí)施例1-實(shí)施例8及對比例綜合性能評估結(jié)果見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表中的測試數(shù)據(jù)可以看出本發(fā)明具有抗氧化性強(qiáng)，高溫出渣少，潤濕性好，機(jī)械強(qiáng)度較高，抗蠕變性能和電氣性能均優(yōu)于鉛基和現(xiàn)有的無鉛噴金焊料同類產(chǎn)品，原料成本大大低于現(xiàn)有無鉛噴金焊料。具體實(shí)施方式實(shí)施例1原料(Kg)Snl、A10.8、Si0.1、CuO.2、SbO.08、Pd0.04、Nd0.005、Zn97制備方法(1)、按重量百分比稱取各種原料，并把稱好的Sn先放入石墨坩堝中，加熱熔化。(2)、將重量比為1:1的氯化鋰和氯化鉀混合做為覆蓋劑，完全覆蓋在熔化的Sn液面上，厚度為3毫米，使Sn液面隔絕空氣中的氧氣。(3)、將Sn液升溫至85(TC時，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd、每加入一種金屬都需用干燥的木棒攪拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加熱，靜置25分鐘后，除去混合覆蓋劑，鑄錠為SnAlSiCuSbPdNd多元中間合金(4)、將Zn置于另一石墨坩堝中，加入上述覆蓋劑后，加熱使Zn熔化，并將其溫度升至55(TC時加入(3)制備的多元中間合金，用干燥木棒攪拌使中間合金熔化，均勻分散在Zn液中，停止加熱，靜置25分鐘。(5)除去覆蓋劑，將合金出鍋凝固即得所述低錫鋅基無鉛噴金焊料。實(shí)施例2原料(Kg)Sn10、Al4、Si0.4、Cu0.8、Sb1、Pd0,3、Nd0.01、Zn83制備方法(1)、按重量份稱取各種原料，并把稱好的Sn，放入容器中，加熱熔化；(2)、將重量比為1:1的氯化鋰和氯化鉀混合做為覆蓋劑，覆蓋在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔絕空氣中的氧氣；(3)、將Sn液升溫至900。C時，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，邊加熱邊攪拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加熱，靜置30分鐘后，除去混合覆蓋劑，鑄錠即為SnAlSiCuSbPdNd多元中間合金；(4)、將Zn置于另一容器中，加入上述覆蓋劑后，加熱使Zn熔化，并將其溫度升至60(TC時加入(3)制備的多元中間合金，攪拌使中間合金熔化，均勻分散在Zn液中，停止加熱，靜置30分鐘；(5)除去覆蓋劑，將合金出容器凝固即得所述低錫鋅基無鉛噴金焊料。實(shí)施例3原料(Kg)Sn7、Al2、Si0.2、Cu1、Sb1.1、Pd0.4、Nd0.001、Zn88制備方法(1)、按重量份稱取各種原料，并把稱好的Sn，放入容器中，加熱熔化；(2)、將重量比為1:1的氯化鋰和氯化鉀混合做為覆蓋劑，覆蓋在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔絕空氣中的氧氣；(3)、將Sn液升溫至950。C時，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，邊加熱邊攪拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加熱，靜置35分鐘后，除去混合覆蓋劑，鑄錠即為SnAlSiCuSbPdNd多元中間合金；(4)、將Zn置于另一容器中，加入上述覆蓋劑后，加熱使Zn熔化，并將其溫度升至65CTC時加入(3)制備的多元中間合金，攪拌使中間合金熔化，均勻分散在Zn液中，停止加熱，靜置35分鐘；(5)除去覆蓋劑，將合金出容器凝固即得所述低錫鋅基無鉛噴金焊料。實(shí)施例4原料(Kg)Sn5、Al1、Si0.04、Cu0.2、Sb1.2、Pd0.01、Nd0.003、Zn92制備方法，同實(shí)施例l實(shí)施例5原料(Kg)Sn9、Al0.1、Si0.01、Cu0.1、Sb0.09、Pd0.5、Nd0.007、Zn90制備方法，同實(shí)施例l實(shí)施例6原料(Kg)Sn8.5、Al3.5、Si0.34、Cu0.7、Sb1.05、Pd0.35、Nd0.004、Zn85制備方法，同實(shí)施例l實(shí)施例7原料(Kg)Sn1、Al0.2、Si0.3、Cu0.6、Sb1、Pd0.4、Nd0.006、Zn96制備方法，同實(shí)施例l實(shí)施例8原料(Kg)Sn3、Al0.4、Si0.4、Cu0.5、Sb1.2、Pd0.2、Nd0.01、Zn94制備方法，同實(shí)施例l權(quán)利要求1、一種低錫鋅基無鉛噴金焊料，所述焊料合金中各化學(xué)原料的重量份為Sn1-10、A10.1-4、Si0.01-0.5、Cu0.1-1、Sb0.08-1.2、Pd0.01-0.5、Nd0.001-0.01，Zn82-98；2、根據(jù)權(quán)利要求1的一種低錫鋅基無鉛噴金焊料，所述焊料合金中各化學(xué)原料的重量份為Sn3-9、Al0.2-3.5、Si0.04-0.4、Cu0.2-0.8、Sb0.09-1.l、Pd0.04-0.4、Nd0.004-0.007，Zn84-96;3、權(quán)利要求1-2之一的一種低錫鋅基無鉛噴金焊料的制備方法，包括以下步驟(1)、按權(quán)利要求1-2之一重量份稱取各種原料，并把稱好的Sn，放入容器中，加熱熔化；(2)、將重量比為l:1的氯化鋰和氯化鉀混合做為覆蓋劑，覆蓋在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔絕空氣中的氧氣；(3)、將Sn液升溫至900士50。C時，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，邊加熱邊攪拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加熱，靜置25-35分鐘后，除去混合覆蓋劑，鑄錠即為SnAlSiCuSbPdNd多元中間合金；(4)、將Zn置于另一容器中，加入上述覆蓋劑后，加熱使Zn熔化，并將其溫度升至600士5(TC時加入(3)制備的多元中間合金，攪拌使中間合金熔化，均勻分散在Zn液中，停止加熱，靜置25-35分鐘；(5)除去覆蓋劑，將合金出容器凝固即得所述低錫鋅基無鉛噴金焊料。全文摘要一種低錫鋅基無鉛噴金焊料，所述焊料合金中各化學(xué)原料的重量份為Sn1-10、Al0.1-4、Si0.01-0.5、Cu0.1-1、Sb0.08-1.2、Pd0.01-0.5、Nd0.001-0.01，Zn82-98。本發(fā)明噴金焊料具備高溫下抗氧化能力強(qiáng)，潤濕性好，焊接可靠，導(dǎo)電性及力學(xué)性能優(yōu)于鉛基噴金焊料，其主要性能指標(biāo)和應(yīng)用效果完全達(dá)到并超越現(xiàn)有無鉛基噴金焊料的水平，克服了無鉛噴金焊料成本高的缺陷，以及有鉛噴金焊料容易導(dǎo)致鉛中毒的不良現(xiàn)象。文檔編號B23K35/28GK101439444SQ20081018785公開日2009年5月27日申請日期2008年12月24日優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日發(fā)明者飛丁申請人:飛丁