[發明專利]一種錫鋅銅鎳無鉛焊料

無效

• 申請號: 200710068560.0
• 申請日: 2007-05-17
• 公開（公告）號: CN101049659A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 戴國水
• 申請（專利權）人: 戴國水
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所
• 代理人: 戴曉翔

??????????????????????技術領域

本發明涉及一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，屬電子元器件焊接用合金材料的制備技術領域。

??????????????????????背景技術

現有無鉛焊料典型的是錫銀系列合金，Sn3.5Ag是錫銀共晶合金，具有最低的熔化溫度221℃，但銀價昂貴，而為了降低其熔化溫度，可加入大量的鉍(Bi)和/或銦(In)，但鉍的加入使合金變得硬而脆，不僅使加工困難，而且使釬焊接頭不能耐受沖擊，易于開焊，而銦的加入，因其儲量有限，價格高昂而使成本變得難以接受。

另一種傳統的無鉛焊料是錫銻系列合金，在錫銻合金中，Sn5Sb具有最低的熔化溫度，但其固相線為235℃，液相線為240℃，降低熔點的辦法和帶來的弊端與錫銀合金系列完全一樣。

??????????????????????發明內容

本發明的目的是提供一種能有效提高焊接性能和電子元器件電氣機械性能的錫鋅銅鎳無鉛焊料。

本發明為一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，包括錫，鋅，銅等，其特征在于還同時包括鎳，各組份的組成按重量百分比計分別為：鋅(Zn)2～6.5％，銅(Cu)0.5～3.5％，鎳(Ni)0.01～1％，總量不大于0.2％的雜質，其余為錫(Sn)，各組份的重量百分比總和為100％。

所述鋅(Zn)的含量優選可為5～6％。所述銅(Cu)的含量優選可為0.5～2.5％。所述鎳(Ni)的含量優選可為0.05～0.5％。

所述雜質中各組份的組成按重量百分比計分別為：銻(Sb)≤0.05％，鐵(Fe)≤0.05％，鉍(Bi)≤0.05％，鋁(Al)≤0.05％，鉛(Pb)≤0.04％，鎘(Cd)≤0.002％，砷(Cs)≤0.02％。

錫鋅合金作為一種無鉛焊料，其強度隨著鋅含量的增加而提高。如果Zn的含量低于2％或高于9％，合金的液相線溫度都會迅速升高。據研究，在鋅含量為6.5％時，其合金具有較好的焊接性能。所以，本發明確定鋅的含量為2％～6.5％，優選含量為5～6％。

在錫鋅合金中加入銅，可以改善其機械強度和延伸性，同時，銅的加入可以抑制銅箔或銅導線中銅向釬焊合金的熔出，從而使釬焊合金在采用浸焊工藝時，保持其成份的穩定，并且使焊接接頭產生一個合理的銅的濃度梯度，改善其導電性能，銅的加入還改善了整個無鉛焊料的導電、導熱性能。但當銅的加入量少于0.5％時，效果不夠顯著，而Cu含量過大時，由于脆性錫銅化合物的產生，反而導致合金強度降低，當Cu含量大于3.5％時，又使合金的熔點急劇升高，所以，本發明確定銅的含量為0.5～3.5％，優選含量為0.5～2.5％。

在錫鋅合金中加入鎳，可細化合金凝固組織中的晶粒，有效改善Sn-Zn合金中的力學性能，提高抗蠕變性能。但如果Ni含量小于0.01％，其效果不明顯，如果Ni含量大于1％，合金的液相線急劇升高，使釬焊溫度升高，從而使電子元件遭受熱損傷，所以本發明確定鎳(Ni)的含量為0.01～1％，優選含量為0.05～0.5％。

雜質含量的控制：錫鋅銅鎳合金中含有銻，將嚴重影響合金的加工性能，使合金變脆，斷后延伸率下降，因而應限制在0.05％以下；鐵的存在，將產生硬脆相的金屬間化合物，同樣嚴重影響合金的機械性能和可加工性能，應限制在0.05％以下；鉍的存在雖然可降低合金熔點，但對合金的可加工性產生不良影響，同樣限制在0.05％以下；鋁的存在使合金可焊性下降，氧化物夾雜增加，應限制在0.05％以下；鉛、鎘和砷都是劇毒物質，本發明作為無鉛焊料，本身就是為了避免鉛對人體的毒害，同樣不能允許鎘和砷的大量存在，對這三種成份的限制按重量百分比為鉛(Pb)≤0.04％、鎘(Cd)≤0.002％、砷(Cs)≤0.02％，而上述雜質的總和應≤0.2％。

本發明針對電子元器件對無鉛焊料的性能要求，經優化設計及多次試驗比較，通過在焊料組合物中加入微量鎳，使之具有以下突出優點和積極效果：1、優選組分液相線溫度低于225℃；2、良好的可焊性；3、固液相線的溫度差不超過20℃，使其在釬焊后可以較快的凝固，以防止在凝固過程中受到振動致使釬焊接頭開裂；4、足夠的延伸性，易于加工；5、不含貴重金屬銀，價格相對較低。

????????????????????具體實施方式

以下實施例中各組份的組成按重量百分比計，分別為：

實施例1：鋅(Zn)5％、銅(Cu)1％、鎳(Ni)0.05％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質。