專利名稱：一種無(wú)鉛焊料合金及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)鉛焊料合金及其制作方法，該合金焊料可廣泛應(yīng)用于各種線路板、元器件及組裝生產(chǎn)線的焊接原料。
背景技術(shù)：
過(guò)去，用于電子產(chǎn)品部件的電連接的焊料大多使用含鉛量較多的釬焊合金。但是，鉛是不可降解性的有毒金屬元素。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，人們對(duì)鉛及其化合物污染環(huán)境，危害人體健康的問(wèn)題越來(lái)越重視。因此，無(wú)鉛焊料在與人們生活密切相關(guān)領(lǐng)域替代鉛焊料的呼聲日益高漲，美國(guó)、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛立法實(shí)施推廣無(wú)鉛焊料。電子產(chǎn)品無(wú)鉛化的安排已提到議事日程，各大公司紛紛展開無(wú)鉛焊料的研究，并相繼試驗(yàn)推出無(wú)鉛產(chǎn)品。
目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究開發(fā)出了多種無(wú)鉛焊料，其中包括銀(Ag)、銅(Cu)、錫(Sn)合金，盡管銀、銅、錫合金在許多方面的性能上接近于錫、鉛合金，但仍然存在許多的不足，銅等金屬的鋪展性能、填縫性能較差，熔點(diǎn)偏高，從而使其應(yīng)用受到了很大的限制。并且銀、銅、錫合金易于產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶成分。因此，目前現(xiàn)有技術(shù)還未開發(fā)出一種無(wú)鉛但保持焊料優(yōu)良性能的實(shí)質(zhì)可替代性產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋪展性能優(yōu)良、熔點(diǎn)較低且高度環(huán)保的無(wú)鉛焊料，本發(fā)明的焊料不會(huì)產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶成分，有利于在焊接過(guò)程中形成可靠的焊點(diǎn)，而且更有利于減少蠕變變形。
本發(fā)明一種無(wú)鉛焊料合金，由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，并且，各組分的重量百分比為
Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re 0.01～0.5％，余量為Sn。
無(wú)鉛焊料合金中，所述的各組分的重量百分比為Ag 4～6％，Cu 0.2～0.8％，混合稀土Re 0.05～0.3％，余量為Sn。
在所述無(wú)鉛焊料合金中，所述的混合稀土Re的成分為L(zhǎng)a、Ce、Pr稀土中的一種元素，或?yàn)長(zhǎng)a、Ce、Pr稀土中的兩種或三種元素的任意比例的混合。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還在于提供一種制作所述的無(wú)鉛焊料合金的方法，該方法包括以下步驟(1)按照配比準(zhǔn)確稱取Ag、Cu、混合稀土Re和Sn元素，(2)按照99倍混合稀土Re的質(zhì)量稱取第一部分Sn，將第一部分Sn和混合稀土Re在500～600℃溫度下熔化形成稀土母合金，稀土母合金由Sn和Re組成，其中，混合稀土Re占稀土母合金的重量百分比為1％，Sn占稀土母合金的重量百分比為99％，(3)將減去第一部分Sn以后的Sn的60％-70％質(zhì)量和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至540-560℃，全部熔化后加入步驟(1)中制備的稀土母合金，充分熔化，(4)向所述容器中加入最后余下的Sn，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無(wú)鉛焊料合金塊。
在焊接過(guò)程中，液態(tài)焊料會(huì)與基底銅反應(yīng)生成金屬間化合物，并造成基底的溶解，無(wú)鉛焊料中采用銅，可以降低基體電路板上的銅向焊料中溶解，可以降低焊料的熔點(diǎn)，改善焊料的潤(rùn)濕性能，同時(shí)具有較優(yōu)良的力學(xué)性能。
將混合稀土Re加入到SnAgCu合金中，不會(huì)產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶成分，有利于在焊接過(guò)程中形成可靠的焊點(diǎn)。
在表面組裝條件下，由于元器件、基底和焊料之間熱膨脹系數(shù)不匹配會(huì)使焊接頭內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，尤其是在低周期疲勞過(guò)程中，由于持續(xù)階段所占比例加大使得蠕變?cè)絹?lái)越成為接頭失效的主要原因，它會(huì)在蠕變過(guò)程中使接頭內(nèi)部由于熱膨脹不匹配而產(chǎn)生的彈性應(yīng)變通過(guò)應(yīng)力釋放轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詰?yīng)變積累起來(lái)，最終導(dǎo)致接頭的失效。添加了混合稀土的SnAgCu合金焊料的膨脹系數(shù)與SnPb焊料相比，更接近于銅基底的線性膨脹系數(shù)，因而更有利于減少蠕變變形。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 無(wú)鉛焊料合金1的制備制備一種無(wú)鉛焊料合金，由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，各組分按照重量百分比為Ag 4％，Cu 1.2％，混合稀土Re 0.05％，Ce 0.05％，余量為Sn。
在制備無(wú)鉛焊料合金時(shí)，首先按照前述配比準(zhǔn)確稱取各元素，接著通過(guò)以下步驟具體進(jìn)行制備在500～600℃下生產(chǎn)Sn-Re1％的稀土母合金，混合稀土Re占的重量百分比為1％，將稀土母合金用剩下的Sn重量的60％-70％和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至550℃，待全部熔化后加入前述制備的稀土母合金，充分熔化，加入余下的錫，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無(wú)鉛焊料合金。
實(shí)施例2 無(wú)鉛焊料合金2的制備制備一種無(wú)鉛焊料合金，其包括銀、銅、錫，以及混合稀土Re，并且，各組分按照重量百分比為Ag 7％，Cu1.2％，混合稀土Re 0.2％，余量為Sn。
在制備無(wú)鉛焊料合金時(shí)，首先按照前述配比準(zhǔn)確稱取各元素，接著通過(guò)以下步驟具體進(jìn)行制備在500～600℃下生產(chǎn)Sn-Re1％的稀土母合金，混合稀土Re占的重量百分比為1％，將稀土母合金用剩下的Sn和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至550℃左右。待全部熔化后加入前述制備的稀土母合金，充分熔化，加入余下的錫，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無(wú)鉛焊料合金。
實(shí)施例3 一個(gè)生產(chǎn)1000g無(wú)鉛焊料合金的實(shí)例及其步驟(1)先稱取396gSn，4g混合稀土Re制備400g Sn-Re稀土母合金，然后分別稱取50g Ag、8g Cu、362g Sn、180g Sn；(2)將362g Sn、50g Ag和8g Cu放入鍋內(nèi)，加熱至540℃-560℃攪拌至全部熔化后；(3)在鍋內(nèi)加入400g Sn-Re母合金，繼續(xù)加熱攪拌至全部熔化后；(4)在鍋內(nèi)繼續(xù)加入180g Sn，至全部溶化，攪拌均勻后澆鑄成無(wú)鉛焊料合金。
實(shí)施例4 無(wú)鉛焊料合金1和2的性能測(cè)試將實(shí)施例1和實(shí)施例2中制備的兩種不同配比的合金焊料進(jìn)行性能測(cè)試，并且以傳統(tǒng)的Ag-Sn-Cu焊料合金作為對(duì)照，各性能參數(shù)如表1。
表1

由上表可知，本發(fā)明不會(huì)產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶成分，有利于在焊接過(guò)程中形成可靠的焊點(diǎn)，同時(shí)具有較優(yōu)良的力學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鉛焊料合金，其特征在于，該無(wú)鉛焊料合金由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，各組分的重量百分比為Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re 0.01～0.5％，余量為Sn。
2.如權(quán)利要求1或2所述的一種無(wú)鉛焊料合金，其特征在于，該無(wú)鉛焊料合金的各組分的重量百分比為Ag 4～6％，Cu 0.2～0.8％，混合稀土Re 0.05～0.3％，余量為Sn。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種無(wú)鉛焊料合金，其特征在于，所述的混合稀土Re的成分為L(zhǎng)a、Ce、Pr稀土中的一種元素，或?yàn)長(zhǎng)a、Ce、Pr稀土中的兩種或三種元素的任意比例的混合。
4.一種制作權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛焊料合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)按照配比準(zhǔn)確稱取Ag、Cu、混合稀土Re和Sn元素，(2)按照99倍混合稀土Re的質(zhì)量稱取第一部分Sn，將第一部分Sn和混合稀土Re在500～600℃溫度下熔化形成稀土母合金，稀土母合金由Sn和Re組成，其中，混合稀土Re占稀土母合金的重量百分比為1％，Sn占稀土母合金的重量百分比為99％，(3)將減去第一部分Sn以后的Sn的60％-70％質(zhì)量和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至540-560℃，全部熔化后加入步驟(1)中制備的稀土母合金，充分熔化，(4)向所述容器中加入最后余下的Sn，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無(wú)鉛焊料合金塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)鉛焊料合金，由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，并且，各組分的重量百分比為Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re0.01～0.5％，以及余量為Sn。本發(fā)明還公開了所述無(wú)鉛焊料合金的制備方法。本發(fā)明的無(wú)鉛焊料合金可廣泛應(yīng)用于各種線路板、元器件及組裝生產(chǎn)線的焊接原料。本發(fā)明的無(wú)鉛焊料合金鋪展性能優(yōu)良、熔點(diǎn)較低且高度環(huán)保，并且其不會(huì)產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶成分，有利于在焊接過(guò)程中形成可靠的焊點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/03GK1990161SQ200510112378
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者沈嘉麟, 顧秀峰, 吳建華, 張忠民, 韓鷹, 孫飛, 朱衛(wèi)敏, 黃惠民 申請(qǐng)人:上海飛輪有色冶煉廠