[發明專利]一種SnZn基無鉛釬料合金

無效

• 申請號: 201110427132.9
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102489893A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 陳鋒;方喜波;梁靜珊
• 申請（專利權）人: 廣東中實金屬有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術領域

本發明屬于焊接材料領域，具體涉及一種SnZn基無鉛釬料合金。

背景技術

隨著人們環保意識的增加，電子互連材料無鉛化是全球化的趨勢。但現有無鉛釬料由于熔點比傳統的Sn-Pb釬料高，導致釬焊溫度增加，這必然引起電子元器件和線路板的熱損傷，帶來現有設備和無鉛釬料的兼容性問題。特別是對熱敏感的元器件，由于沒有合適的無鉛釬料可以使用，現階段還不得不使用Sn-Pb釬料，不能做到完全無鉛化，這將對環境造成危害并對人體造成毒害。因此，確有必要開發低熔點無鉛釬料。

在尋找傳統的Sn-Pb釬料的替代品的過程中，現階段在生產中得以應用的無鉛釬料有Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.3Ag-0.7Cu和Sn-0.7Cu。它們的熔點在217-227℃之間，和傳統的Sn-37Pb釬料(Tm＝183℃)相比，其熔點升高了差不多40℃，因此必然導致釬焊溫度提高，這就對電子元器件、線路板材料的耐溫性提出了更高的要求；同時由于釬焊工藝參數窗口窄，現有的釬焊設備需要升級或重新購買，增加了釬焊成本。此外，由于這些無鉛釬料含有較多貴金屬銀，材料成本較高。

Sn-9Zn無鉛釬料由于熔點(Tm＝198℃)接近Sn-37Pb釬料的熔點，并且具有優異的力學性能及良好的經濟性被認為是Sn-Pb釬料的潛在替代品之一。但傳統Sn-9Zn無鉛釬料還存在抗氧化能力差、潤濕能力低等缺點。

有鑒于此，確有必要開發一種具有優異的抗氧化性、潤濕能力和機械性能的低熔點無鉛釬料。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，而提供一種適用于電子封裝中回流焊和波峰焊的Sn-Zn基無鉛釬料合金，該合金能夠克服傳統Sn-9Zn無鉛釬料抗氧化能力差和潤濕能力低的缺點。

本發明主要通過以下技術方案來實現：

一種SnZn基無鉛釬料合金，所述釬料合金按重量百分含量由以下化學成分組成：Ni：0.01-0.1wt％，P：0.001-0.01wt％，Nd：0.05-0.2wt％，In：0.1-0.5wt％，Bi：1-5wt％，Zn：7-11wt％，余量為Sn，各組分的重量百分比和為100％。

本發明在SnZn釬料中加入了0.01-0.1wt％的元素Ni。因為銅與錫反應形成金屬間化合物Cu6Sn5和Cu3Sn，這些金屬間化合物具有很高的熔點，嚴重影響釬料的流動性，而且焊接后會形成針狀的突出物，造成短路。鎳能與銅互溶，加入鎳能抑制銅向熔融釬料中溶解，降低銅向熔融釬料的溶解速度和減少銅與錫的金屬間化合物，抑制銅與錫的反應，降低短路的可能性。同時，鎳和錫形成金屬間化合物，改進合金的機械強度。但是鎳含量過大時，會提高釬料的液相線溫度，造成在特定的焊接溫度下，熔融釬料的流動性邊差。因此，鎳含量控制在0.01-0.1wt％。

本發明在SnZn釬料中加入了0.001-0.01wt％的元素P。由于SnZn釬料中的Zn性質較活潑，在合金冶煉和釬焊過程中容易被氧化，導致釬料合金的潤濕性下降，擴展率下降，且容易產生大量錫渣，導致焊接不良。本發明在SnZn釬料中加入了0.001-0.01wt％的元素P，由于元素P的集膚效應，在熔融釬料表面形成一層連續的集化膜保護層，可以有效的阻礙釬料合金和周圍的空氣接觸，減緩釬料合金的氧化，提高釬料潤濕性能。

元素P的含量必須適當，當元素P添加量過少時，不足以在釬料表面形成連續的集化膜保護層，造成釬料的潤濕性不足。反之，當元素P添加量過多時，由于元素P在釬料中的溶解度較小，易于形成高熔點的第二相或夾雜物，從而影響合金的一些物理性能，如粘度、流動性等液態物理性能，以及凝固后的顯微組織及力學性能等。適當的添加量應保持在0.001-0.01wt％之間，即添加量足以在熔融釬料表面形成一層連續而致密的集化膜保護層，同時又不產生高熔點的第二相或夾雜物。

本發明在SnZn釬料中加入了0.05-0.2wt％的元素Nd。元素Nd的作用是提高釬料的潤濕力，縮短潤濕時間。加入元素Nd促進釬料在凝固過程中的形核，使合金凝固組織中的粗大富Sn相得到抑制，對釬料的組織起著均化的作用，細化晶粒，從而提高釬料合金的力學性能及抗蠕變性能。