一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑，該變質(zhì)劑為銅鈷合金粉末，鈷的重量百分比為7—9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10—100μm。該變質(zhì)劑可以改善Ag3Sn和Cu6Sn5等金屬間化合物的結(jié)晶形態(tài)和分布；同時(shí)，還提供變質(zhì)劑的使用方法：將錫銀銅焊料或錫銅焊料由熔煉溫度500℃降溫至280—300℃保溫，澆鑄或噴粉前加入變質(zhì)劑，變質(zhì)劑與錫銀銅焊料或錫銅焊料的重量比為1:100，并施加交變磁場，攪拌焊料與變質(zhì)劑的混合液，攪拌5—10分鐘后，去除變質(zhì)劑，對(duì)焊料進(jìn)行澆鑄或噴粉。該使用方法一方面可以提高變質(zhì)效率；另一方面改善焊料的不均勻收縮，且可獲得尺寸更加均勻、球形度高的焊粉。
【專利說明】一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低溫合金冶煉及軟釬焊材料領(lǐng)域，具體來說，涉及一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錫銀銅(SnAgCu)焊料是目前主流的無鉛焊料合金。然而，由于合金微觀組織中存在易于一維生長的Ag3Sn金屬間化合物，影響了合金作為焊點(diǎn)的可靠性，特別是其耐沖擊性能。此外，隨著低銀焊料的開發(fā)，合金成分偏離共晶，材料凝固時(shí)會(huì)出現(xiàn)微觀不均勻收縮和產(chǎn)生偏析現(xiàn)象，微觀組織中出現(xiàn)Cu6Sn5化合物的不均勻分布。
[0003]參考專利I (專利號(hào):CN01131644.6)公開了一種用于鋅及鋅合金熔體處理工藝的鋅變質(zhì)劑，重量百分比 Al:20-40%, Ti:2—5%, B:0.5—1.5%, Xt:0.5—1%，Zn:55-75%,可以使鋅及鋅合金實(shí)現(xiàn)同時(shí)均勻結(jié)晶而形成等軸細(xì)晶粒組織，提高產(chǎn)品使用性能。
[0004]參考專利2 (專利號(hào):CN200810223968.5)公開了一種SnAgCu無鉛焊料，添加質(zhì)量百分比La:0.02—0.2%、P:0.0001—0.2%、Co:0.01—0.05%微量元素改善抗氧化性能和潤濕性能，提高接頭剪切性能和抗沖擊性能。其中Co元素加入后形成CoSn2金屬間化合物，增大凝固過程過冷度，有利于形核。
[0005]參考專利3 (專利號(hào):CN200780005120.9)公開了一種錫銅(SnCu)系無鉛合金焊料，消除由于金屬間化合物為核的浮渣，消除產(chǎn)生角狀物等釬焊缺陷。在Sn基焊料合金中添加0.01重量％以上且不足0.05重量％的Co可以抑制Cu向焊料中溶出，并且金屬間化合物以微粒狀態(tài)分散而成，焊料的蠕變強(qiáng)度提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑，該變質(zhì)劑可以改善Ag3Sn和Cu6Sn5等金屬間化合物的結(jié)晶形態(tài)和分布；同時(shí)，還提供用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑的使用方法，該使用方法一方面可以提高變質(zhì)效率；另一方面改善焊料的不均勻收縮，焊料制粉后可以獲得尺寸更加均勻，球形度高的焊粉。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑，該變質(zhì)劑為銅鈷合金粉末，其中，鈷的重量百分比為7 — 9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10 —100 μ m。
[0009]一種上述用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑的使用方法，該使用方法的過程是:將錫銀銅焊料或錫銅焊料由熔煉溫度500°C降溫至280— 300°C保溫，澆鑄或噴粉前加入變質(zhì)劑，變質(zhì)劑與錫銀銅焊料或錫銅焊料的重量比為1:100，并施加頻率為50—60KHz、磁場強(qiáng)度為6 — 8kA/m 的交變磁場，攪拌焊料與變質(zhì)劑的混合液，攪拌5 —10分鐘后，去除變質(zhì)劑，對(duì)錫銀銅焊料或錫銅焊料進(jìn)行澆鑄或噴粉；所述變質(zhì)劑為銅鈷合金粉末，其中，鈷的重量百分比為7 — 9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10 —100 μ m。[0010]有益效果:本專利是一種專門用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑。與【背景技術(shù)】中提及的參考專利I不同，本專利的材料成分以銅鈷基合金為主，適用于SnAgCu和SnCu軟釬焊合金的熔煉。與參考專利2和參考專利3不同的是，本專利將CuCo合金粉作為一種變質(zhì)劑使用，并不限定Co在焊料中的含量，即并不以Co元素溶入焊料而起到本專利所申明的改善效果。事實(shí)上有別于合金化的方式在焊料中增加Co或Ni等成分。本發(fā)明的變質(zhì)劑的優(yōu)點(diǎn)在于不改變焊料合金的成分，但能夠優(yōu)化焊料合金的組織并提高性能。具體來說，選擇CuCo合金粉末加入的方式大幅提高了變質(zhì)效率。本發(fā)明的變質(zhì)劑是Cu和Co包晶合金，微觀組織中的Co是從Cu基體中固溶析出的，尺寸細(xì)小。尤其是這種合金被加工成10~IOOym的顆粒，增大了表面積。這些都為非均勻形核提供了有利條件。變質(zhì)劑加入焊料合金后需要施加交變磁場并攪拌。磁場的作用是改變焊料結(jié)晶相與變質(zhì)劑界面的界面能，幫助形核。攪拌一方面限制了形成的晶體快速長大，另一方面使得變質(zhì)劑表面上的晶核被沖刷下來，有利于再次形核。因此，變質(zhì)劑通過這種工藝獲得了更好的變質(zhì)效果。本發(fā)明的變質(zhì)劑可以改善焊料的不均勻收縮，焊料制粉后可以獲得尺寸更加均勻，球形度高的焊粉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為未加入本發(fā)明變質(zhì)劑的焊料的組織圖。
[0012]圖2為加入本發(fā)明變質(zhì)劑后的焊料的組織圖。
[0013]圖3為本發(fā)明變質(zhì)劑的顆粒形貌圖。
[0014]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的焊粉組織及顆粒形貌圖。
[0015]圖5為未進(jìn)行變質(zhì)處理的焊粉組織及顆粒形貌圖。
[0016]圖6為本發(fā)明實(shí)施例5焊點(diǎn)表面收縮的效果圖。
[0017]圖7為未進(jìn)行變質(zhì)處理的焊點(diǎn)表面收縮的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]如圖3所示，本發(fā)明的一種用于錫銀銅或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑，為銅鈷合金粉末，其中，鈷的重量百分比為7 — 9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10 — ΙΟΟμπι。作為優(yōu)選，所述合金粉末粒徑為20— 50 μ m。當(dāng)合金粉末粒徑為20— 50 μ m時(shí)，可使錫銀銅(SnAgCu)焊料或錫銅(SnCu)焊料獲得優(yōu)化的變質(zhì)效果，即焊料組織中金屬間化合物分布更均勻。
[0020]上述用于SnAgCu焊料或SnCu焊料熔煉的變質(zhì)劑的使用方法的過程是:將SnAgCu焊料或SnCu焊料由熔煉溫度500°C降溫至280— 300°C保溫，澆鑄或噴粉前加入變質(zhì)劑，變質(zhì)劑與SnAgCu焊料或SnCu焊料的重量比為1:100，并施加頻率為50— 60KHz，磁場強(qiáng)度為6 — 8kA/m的交變磁場，攪拌焊料與變質(zhì)劑的混合液，攪拌5 —10分鐘后，去除變質(zhì)劑，對(duì)SnAgCu焊料或SnCu焊料進(jìn)行澆鑄或噴粉；所述變質(zhì)劑由包晶成分銅和鈷(Co)兩種合金粉末混合組成，其中，鈷的重量百分比為7 — 9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10 —100 μ m。
[0021]作為一種高熔點(diǎn)金屬元素，Co在300°C以下難以溶入合金。在本專利申請(qǐng)的使用方法下，變質(zhì)劑能夠改變形核相(即金屬間化合物)的界面能，有效改善Ag3Sn和Cu6Sn5等金屬間化合物的結(jié)晶形態(tài)和分布。如圖1和圖2所示，與沒有進(jìn)行變質(zhì)處理的合金相比，Ag3Sn顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，而Cu6Sn5顆粒分布更加均勻。
[0022]選擇Cu和Co合金粉末加入的方式大幅提高了變質(zhì)效率。本發(fā)明的變質(zhì)劑是Cu和Co包晶合金，微觀組織中的Co是從Cu基體中固溶析出的，尺寸細(xì)小。如圖2所示，這種合金被加工成10~100 μ m的顆粒，增大了表面積。這些都為非均勻形核提供了有利條件。同時(shí)，變質(zhì)劑的顆粒不宜小于10 μ m，否則會(huì)增加粉末表面氧化的傾向，不利于形核。
[0023]變質(zhì)劑加入焊料合金后需要施加交變磁場并攪拌。磁場的作用是改變焊料結(jié)晶相與變質(zhì)劑界面的界面能，幫助形核。攪拌一方面限制了形成的晶體快速長大，另一方面使得變質(zhì)劑表面上的晶核被沖刷下來，有利于再次形核。因此，變質(zhì)劑通過這種工藝獲得了更好的變質(zhì)效果。
[0024]此外，在300°C以下加入變質(zhì)劑是為了控制變質(zhì)劑中的元素溶入焊料當(dāng)中，同時(shí)便于分離出變質(zhì)劑，以便使焊料合金中的Cu、Co濃度符合IS09453-2006等成分標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際成分如下表所示。
[0025]采用本發(fā)明的使用方法，
[0026]將錫銀銅焊料由熔煉溫度500°C降溫至300°C保溫，澆鑄或噴粉前加入變質(zhì)劑，變質(zhì)劑與錫銀銅焊料的重量比為I: 100，并施加頻率為60KHZ、磁場強(qiáng)度為6kA/m的交變磁場，攪拌焊料與變質(zhì)劑的混合液，攪拌10分鐘后，去除變質(zhì)劑，對(duì)錫銀銅焊料進(jìn)行澆鑄或噴粉;所述變質(zhì)劑為銅鈷合金粉末，其中，鈷的重量百分比為9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為100 μ m。
[0027]采用火花直讀光譜儀，對(duì)上述添加變質(zhì)劑后的錫銀銅焊料進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1所示，各元素的含量符合IS09453-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求。
[0028]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑，其特征在于，該變質(zhì)劑為銅鈷合金粉末，其中，鈷的重量百分比為7 — 9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10 —100 μ m。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑，其特征在于，所述的合金粉末粒徑為20— 50 μ m。
3.—種權(quán)利要求1所述用于錫銀銅焊料或錫銅焊料熔煉的變質(zhì)劑的使用方法，其特征在于，該使用方法的過程是:將錫銀銅焊料或錫銅焊料由熔煉溫度500°C降溫至280—300°C保溫，澆鑄或噴粉前加入變質(zhì)劑，變質(zhì)劑與錫銀銅焊料或錫銅焊料的重量比為1:100，并施加頻率為50—60KHz、磁場強(qiáng)度為6—8kA/m的交變磁場，攪拌焊料與變質(zhì)劑的混合液，攪拌5 —10分鐘后，去除變質(zhì)劑，對(duì)錫銀銅焊料或錫銅焊料進(jìn)行澆鑄或噴粉；所述變質(zhì)劑為銅鈷合金粉末， 其中，鈷的重量百分比為7 — 9%，其余為銅，合金粉末的粒徑為10 —100 μ m。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103805795SQ201410027325
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】周健, 羅登俊, 陶衛(wèi)建, 陳旭, 薛烽, 白晶 申請(qǐng)人:蘇州優(yōu)諾電子材料科技有限公司