[發明專利]含Pr、Sr和Ga的Sn-Cu-Ni無鉛釬料

有效

• 申請號: 201010209531.3
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101862921A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 薛鵬;薛松柏;曾廣;顧立勇;顧文華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明涉及一種含Pr、Sr和Ga的Sn-Cu-Ni無鉛釬料，屬于金屬材料類及冶金領域的釬焊材料。主要用于表面組裝及封裝領域，是一種釬焊性能(如潤濕性能)良好、焊點(釬縫)力學性能優良的新型綠色、環保型無鉛釬料。

背景技術

隨著RoHS(The?Restriction?of?the?Use?of?certain?Hazardous?Substance?inElectrical?and?Electronic?Equipment)指令的生效，錫鉛釬料的替代問題已成為電子行業技術人員研究的熱點。目前具有代表性的無鉛釬料有Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Zn等合金系，其中Sn-Ag-Cu系釬料熔點高，價格貴，制約了其廣泛應用；Sn-Cu系釬料價格便宜，成本僅為錫鉛共晶釬料的1.3倍，已接近錫鉛釬料，但是潤濕性能和錫鉛釬料相比仍有一定的差距；Sn-Zn系釬料熔點非常接近錫鉛釬料，但是其潤濕性較差，目前還難以應用于工業化生產。

大量的研究發現，在Sn-Cu系釬料中添加適量的Ni形成Sn-Cu-Ni三元合金系，釬料的潤濕性得到一定程度的改善，焊后殘渣少，合金的微觀組織得到細化，還可以提高釬料的塑性。最重要的是，Sn-Cu-Ni系釬料成本較Sn-Ag-Cu釬料合金有較大優勢，易生產和回收，且對電子產品有較好的兼容性，因而受到電子行業廣大用戶的青睞。Sn-Cu-Ni釬料具有良好的綜合性能，價格適中，應用前景良好[美國專利US?6180055B1，中國專利ZL99800339.5]，但是仍有很多需要完善的地方。目前研究者主要通過加入一些微量元素通過合金化來進一步優化Sn-Cu-Ni系釬料的性能[中國專利ZL200610151104.8]，通過加入稀土元素來優化Sn-Cu-Ni釬料性能的國外公開專利還鮮見報道，主要集中在中國，代表性的公開專利成果主要有Sn-Cu-Ni-Pb-(0.001-0.1％)Ce[ZL200510022563.1]等。由于還有許多技術難點尚未解決，急需新的研究成果來完善、補充，本項發明“含Pr、Sr和Ga的Sn-Cu-Ni無鉛釬料”即是在這種技術背景下完成的。

發明內容

本發明的目的是提供一種潤濕性能良好，抗氧化性能強，釬縫力學性能尤其是抗蠕變性能優良，適用于電子行業波峰焊、再流焊、浸焊、手工焊等焊接方法的無鉛釬料。

為達到本發明的目的，本發明的含Pr、Sr和Ga的Sn-Cu-Ni無鉛釬料，經過優化后確定的化學成分按質量百分數配比為：0.07～2.5％的Cu，0.01～1.5％的Ni，0.001～0.5％的Pr，0.001～0.1％的Sr，0.001～0.1％的Ga，余量為Sn。

采用常規方法制備釬料，即使用市售的錫錠、電解銅、金屬鎳、金屬鍶、金屬鎵、金屬鐠，各種金屬原料按需要配比，冶煉時加入經優化篩選確定的“覆蓋劑”或采用“惰性氣體”保護進行冶煉、澆鑄，可得到棒材。通過擠壓、拉拔，即得到絲材(也可加入助焊劑，制成“藥芯焊絲”)。鉛(即Pb)元素作為錫錠、電解銅等原材料中的“雜質元素”，總量(質量百分數)控制在0.001～0.1％范圍內，以滿足符合中華人民共和國國家標準GB/T?20422-2006《無鉛釬料》的規定(標準中規定Pb≤0.1wt.％)。

考慮到金屬鎵熔點低，金屬鐠極易氧化，根據生產需要也可將金屬鐠、金屬鎵預先冶煉成中間合金，以Sn-Ga和Sn-Pr的形式加入，以保證微量元素鎵和鐠在釬料中成分的準確性。

本發明的技術特點是在Sn-Cu-Ni系無鉛釬料中復合添加微量元素Pr、Sr和Ga并利用其“協同效應”來提高Sn-Cu-Ni系無鉛釬料潤濕性能、服役過程中內部組織的熱穩定性、焊點力學性能以及抗蠕變能力。本發明得到的釬料成本適中，具有優良的加工性能，釬料組織均勻，潤濕性能好，力學性能優良，抗氧化性能和抗蠕變能力大幅提高，綜合性能接近于Sn-Pb釬料?？杉庸こ筛鞣N形狀，如錫條、錫棒、錫焊絲、焊球，適應不同生產條件的需要。

附圖說明

圖1a為不同Pr含量的四邊扁平封裝器件焊點的拉伸力示意圖。

圖1b為不同Pr含量的Sn-Cu-Ni-Pr-Sr-Ga無鉛釬料釬焊片式電阻得到的焊點的抗剪力示意圖。

圖2a為不同Pr含量的釬料潤濕力示意圖。

圖2b為不同Pr含量的釬料潤濕時間示意圖。

圖3為表1中不同釬料成分的蠕變疲勞壽命示意圖。

圖4為未加Sr和Ga及稀土Pr的Sn-Cu-Ni無鉛釬料合金的金相顯微組織圖。