專利名稱：錫鋅銅鎳無鉛釬料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電子封裝釬焊材料技術(shù)，特別涉及到適用于釬焊電子元件而不造成熱損傷的無鉛釬料合金。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)使用的錫鉛(Sn-Pb)釬料對人體和環(huán)境具有極大的危害，發(fā)展無鉛釬料已經(jīng)成為當前材料科學工作者的一項緊迫任務。世界上很多國家，如美國、日本等國家正積極立法來禁止鉛的使用，歐盟根據(jù)立法案電氣電子產(chǎn)品機械的廢棄物的指令，從2006年7月1日起將全面禁止含鉛、鎘等有毒有害元素在電子工業(yè)中的使用。在我國，電子信息產(chǎn)業(yè)部與其它部門一起著手制定在2006年7月1日全面禁止有鉛釬料的使用的法規(guī)。
監(jiān)獄環(huán)保和立法的壓力，迫切需要無鉛釬料來取代Sn-Pb釬料應用于電子封裝焊接技術(shù)中。
為了使無鉛釬料合金成分滿足有關(guān)法規(guī)要求，并使釬料合金具有優(yōu)良的力學性能、環(huán)境穩(wěn)定性，并且釬焊接頭具有較高的可靠性，釬料合金必須具有合適的熔點，良好的潤濕性，組成元素不含有毒、有害性元素，供給量充足能夠滿足產(chǎn)業(yè)化的要求，合金組織穩(wěn)定性好，無腐蝕性等。在當前研究的二元及多元合金體系中，Sn-Ag，Sn-Bi-Ag，Sn-Ag-Cu釬料極其釬焊接頭研究較多，具有較好的應用前景。但是這些合不但價格十分昂貴，是錫鉛合金價格的3倍左右，地球儲量也很少。
Sn-9Zn合金具有良好的經(jīng)濟性和力學性能，但是Zn元素較活潑，使該合金的潤濕性和抗腐蝕性很差，極大影響了該釬料的大面積應用。而且，Sn-9Zn合金組織中含有粗大的β-Sn晶粒，也使得釬焊接頭結(jié)合強度較低。近年來，為了改善Sn-9Zn合金的性能，研究者將In、Bi、Al以及稀土元素等作為合金化元素添加到合金中，但是作用不夠顯著。例如，美國發(fā)明專利US6488888，US6440288，US5017738以及日本千住公司在中國申請的發(fā)明專利(公開號1198117)等都添加了多種元素到Sn-Zn合金中來改善性能。申請人研究發(fā)現(xiàn)，在Sn-9Zn體系內(nèi)加入1-8％的Cu元素以及0.1～2％的Ni可以明顯提高其潤濕性及釬料的穩(wěn)定性。其原因在于只有Cu的添加能和Zn形成較穩(wěn)定的Cu-Zn化合物，極大降低了Zn元素的活潑性；Ni的添加進一步提高了釬料的可焊性；Bi作為合金化元素來提高合金的潤濕性、降低熔點；稀土元素的添加有助于提高釬料的潤濕性和細化組織。該釬料具有良好的力學性能以及可靠性。其抗拉強度大于50Mpa，但塑性下降不大，具有15％以上的延伸率和斷面收縮率，完全可滿足釬料的力學性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種錫鋅銅鎳無鉛釬料合金，以解決目前制約錫鋅合金使用存在的問題，使其潤濕性、抗腐蝕性及力學性能進一步改善，從而可以廣泛應用于電子封裝當中。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，在Sn-Zn合金中添加了1～8質(zhì)量％的Cu，0.1～2質(zhì)量％的Ni，同時任選含有0.5～5質(zhì)量％的Bi和微量稀土元素RE(La，Ce，Pr，Nd)。
釬料合金成分根據(jù)以下理由是Cu元素的加入使得合金中富Zn相轉(zhuǎn)變成Cu-Zn化合物，極大降低了Zn元素的活潑性，使得在釬焊過程中Zn的氧化問題得到解決，降低了液相的表面張力，因而顯著提高了潤濕性。
Ni元素的添加有效地提高釬料的可焊性，并降低界面金屬間化合物的厚度。
微量混合稀土元素抑制了粗大的β-Sn晶粒生成，使合金組織明顯細化，進而提高了合金的力學性能，同時稀土元素的加入顯著改善合金的潤濕性。
Bi作為合金化元素來提高合金的潤濕性、降低熔點。
本發(fā)明的效果和益處是，由于Cu，Ni，Bi，RE合金化元素的加入使得釬料合金潤濕性、力學性能較好，熔點適宜，價格便宜，能夠克服Sn-Zn合金的弱點，可廣泛應用于電子工業(yè)，尤其是家電，汽車等領(lǐng)域。


附圖是(Sn-9Zn)-3Cu-3Bi-xNi的潤濕角隨Ni含量變化示意圖。
圖中橫坐標為幾種釬料合金，縱坐標為潤濕角。合金使用的釬劑是RMA松香活性釬劑，釬焊溫度為265℃。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
和實施例。本發(fā)明的錫鋅銅鎳無鉛釬料的化學成分(質(zhì)量％)如下1.(5～10)％Zn；(1～8)％Cu；(0.1～2)％Ni；余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成；2.(5～10)％Zn；(0.05～0.5)％RE；(0.1～2)％Ni；(1～8)％Cu；余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成；3.(5～10)％Zn；(0.5～5)％Bi；(0.1～2)％Ni；(1～8)％Cu；余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成；4.(5～10)％Zn；(0.5～5)％Bi；(0.1～2)％Ni；(0.05～0.5)％RE；(1～8)％Cu；余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成。
將上述按成分配好的原料放入工業(yè)用真空感應爐中冶煉，在常壓下，600℃溫度保溫4～6小時，澆注即可得到焊料合金。通過噴霧制取釬料粉末，加入釬劑，便得到焊膏。
實施例選取下列化學成分(質(zhì)量％)(7～9)％Zn；(0.05～0.5)％RE；(0.5～5)％Bi；(0.1～2)％Ni；(3～5)％Cu；余量為Sn。將上述按成分配好的原料放入工業(yè)用真空感應爐中冶煉，在常壓下，600℃溫度保溫4～6小時，澆注即可得到焊料合金，通過噴霧制取釬料粉末，加入釬劑，便得到焊膏，可用于再流焊。
權(quán)利要求
1.一種錫鋅銅鎳無鉛釬料合金，其特征是含有5～10％的Zn，1～8％的Cu，0.1～2％的Ni，其余為Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅鎳無鉛釬料合金，其特征是含有0.5～5％的Bi。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種錫鋅銅鎳無鉛釬料合金，其特征是含有0.05～0.5％的稀土元素，包括La，Ce，Pr或Nd元素。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電子封裝釬焊材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到低熔點的無鉛釬料合金。其特征是合金由以下成分組成(重量百分比)5～10％Zn；1～8％Cu；0.1～2％Ni；0.5～5％Bi；0.05～0.5％稀土元素，包括La，Ce，Pr或Nd元素；其余為Sn。本發(fā)明效果和益處是錫鋅銅鎳無鉛釬料合金金潤濕性較好，力學性能優(yōu)良，無毒，無污染，價格便宜，綜合性能優(yōu)良。該合金可廣泛應用于電子工業(yè)，尤其是可滿足家用電器等領(lǐng)域?qū)o鉛釬料合金材料的要求。
文檔編號C22C13/00GK1730696SQ20051004702
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者馬海濤, 趙杰, 王來, 于大全, 韓雙起, 王建輝 申請人:大連理工大學