[發明專利]錫－銅基無鉛焊料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810019365.3
• 申請日: 2008-01-07
• 公開（公告）號: CN101264557A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 周健;嚴三元;方伊莉;薛烽;孫揚善
• 申請（專利權）人: 常州市晶爾力金屬制品廠;東南大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26;C22C1/03
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術領域

本發明屬于電子器件加工和焊接材料領域，特別涉及一種無鉛焊料。

背景技術

由于歐盟的相關立法已經實施，含鉛電子產品已經不能出口到歐盟地區，這大大推動了世界各國電子行業推行無鉛化生產。焊料供應商需要提供滿足各種不同焊接形式需求的無鉛焊料。代替Sn-Pb系合金的焊料以Sn為主，另添加能產生低溫共晶的Ag、Cu、Zn、Sb、Bi、In等元素，且要求無鉛焊料的性能必須達到或接近Sn-Pb合金。然而到目前為止，還沒有找到一種能夠直接完全替代Sn-Pb合金的無鉛焊料。其中，Sn-Cu系合金由于不含稀貴金屬，成本較低，且與母材的兼容性好，原料資源較豐富等，被認為具有良好的應用前景。然而在高溫下，特別是在熱浸焊和波峰焊等工藝環境中，這種合金抗氧化性較差，不能達到Sn-Pb焊料的水平。因此，提高合金的抗氧化性是該合金推廣應用的關鍵。新開發的Sn-Cu-Ni等合金具有較好的抗氧化性，但Ni等高熔點合金元素的合金化工藝要求較高，導致生產成本增加。選用低熔點的合金元素替代這些高熔點合金元素，改善Sn-Cu焊料的抗氧化性是十分有意義的。

發明內容

為了解決現有的無鉛焊料的抗氧化性較差，成本較高的缺點，本發明提出了一種具有優異的抗氧化性且低成本的錫-銅基無鉛焊料，其配方為，重量百分比：

Cu????0.2～1.0％；

Al????0.001～0.1％；

雜質??≤0.01％；

Sn????余量。

上述的錫-銅基無鉛焊料更優選的配方為，重量百分比：

Cu????0.3～0.7％；

Al????0.01～0.05％；

雜質??≤0.01％；

其余為Sn。

制備所述的錫-銅基無鉛焊料，步驟為：

A：按質量比Sn∶Al＝19∶1將錫和鋁在真空感應爐中熔煉制備錫鋁中間合金，熔煉溫度為650℃±20℃；

B：采用中頻感應爐制備無鉛焊料，將錫、鋅加熱至熔化，保溫直至充分熔合后將錫鋁中間合金加入并攪拌，保溫后澆注制成成品。

本發明的焊料可以制成絲、棒、錠、粉、片或球等各種形式，尤其適用于波峰焊中。

為了描述優選的無鉛焊料的組成，除另有說明外，與百分比相關的所有數值都是重量百分比(wt％)。

當涉及到任何數值范圍時，則包括所述范圍內最大和最小值之間的各個數和全部數和/或部分。比如，0.3～0.7％的銅的范圈將明確地包括0.31％、0.52％、0.53％或0.6％直至0.7％的全部或部分中間值。這同樣也適用于下文中的其它元素范圍。

當術語“基本上沒有”用于本文時，這指的是不含顯著量的那種有意加于該焊料成份中的元素，被理解到的是，可以找到痕量的難以避免的元素和/或雜質進入所預期的最終產品中的途徑。比如，由于不可避免的添加物的污染或通過與某些處理和/或盛放設備的接觸，本發明的全部實施方案都是無鉛的。

本發明的有益效果為：1.成分簡單，原料易得，成本低。不含有Ag、Ge等貴重金屬元素及Ni、Cr、Ti等高熔點元素，在達到甚至超過其它Sn-Cu系焊料性能的同時降低了合金的熔煉要求和成本。

2.通過Al的添加提高了焊料的抗氧化性。Al的加入量十分關鍵。Sn-Cu焊料中形成的氧化物以SnO₂為主，它不同于Sn-Zn焊料中形成的氧化ZnO，因此Al在Sn-Cu焊料中的作用機理也不同，其合理的加入量也有差異。針對不同的應用環境和目的，Al的加入量可在0.001～0.1％范圍內調整。當應用于波峰焊，對焊料的抗氧化性要求較高時，Al的最佳加入量在0.05％至0.1％；當合金應用于再流焊或手工焊，可將Al含量控制在0.001％至0.05％，以獲得更好的潤濕性。然而，Al的加入量不能超過0.1％，否則會導致焊料焊接時形成致密的氧化層，反而降低焊料的潤濕性。

3.此外，加入適量的Al使得Sn-Cu焊料潤濕性改善，凝固后形成的焊點飽滿，光亮，可靠性高。Sn-Cu焊料的潤濕力較大，但潤濕時間長。加入Al的效果之一體現在縮短了Sn-Cu焊料的潤濕時間。Sn-Cu焊料的熔點相對較高，在焊接時對元器件的熱沖擊較大?？s短潤濕時間的意義在于可縮短元器件在高溫下的保溫時間，避免熱沖擊帶來的損害。

4.環保，無毒。采用錫取代了有毒有害物鉛，對環境的污染大大降低。

附圖說明

圖1Al對Sn-Cu合金抗氧化性的影響的曲線圖。

圖2Al對Sn-Cu合金潤濕性的影響的曲線圖。

具體實施方式