[發明專利]含Pr、Ga、Se的Sn-Zn無鉛釬料

有效

• 申請號: 201210344184.4
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102848096A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 葉煥;薛鵬;薛松柏;龍偉民;于新泉
• 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: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種含Pr、Ga、Se的Sn-Zn無鉛釬料，屬于金屬材料類及冶金領域的釬焊材料。主要用于電子行業元器件的組裝及封裝，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?in?Electrical?and?Electronic?Equipment）指令的生效，錫鉛釬料的替代問題一直是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-Cu-Ni等合金系，各有所長，但是和錫鉛釬料相比，在釬料成本、釬料熔點方面等仍有一定的差距。Sn-Zn系釬料熔點、原材料成本均低于Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Cu-Ni系釬料，特別是Sn-Zn釬料熔點非常接近錫鉛釬料，但是由于Sn-Zn系釬料潤濕性能較差，因此目前還難以應用于工業化生產，仍需研究改進。

近年來國內外在Sn-Zn基礎上開發出了“Sn-Zn-Ga-Ce無鉛釬料”（中國發明專利，CN101269446）、“一種錫鋅基無鉛釬料合金”（中國發明專利，CN101585120）、“一種Sn-Zn系無鉛釬料合金及其制備方法”（中國發明專利，CN101058131）以及“錫鋅基含稀土元素的無鉛釬料合金”（中國發明專利，CN1390672）等多種“多元合金體系”的Sn-Zn釬料，它們與二元Sn-Zn合金相比在某些性能上有所改善，但在綜合性能上還是不如傳統的Sn-Pb釬料，因此，Sn-Zn系釬料仍需進一步改進。本項發明“含Pr、Ga、Se的Sn-Zn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抗氧化性能強，潤濕性能良好，釬縫力學性能優良，適用于電子行業波峰焊、再流焊、浸焊、手工焊等焊接方法的Sn-Zn系無鉛釬料。

為達到本發明的目的，本發明的含Pr、Ga、Se的Sn-Zn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：6.0?~?10.5%的Zn，0.005?~?0.5%的Pr，0.005~?1.5%?的Ga，0.001~?0.3%的Se，余量為Sn。

采用常規方法制備釬料，即使用市售的錫錠、鋅錠、金屬鎵、金屬鐠、銀灰色金屬硒，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Pb≤0.1?wt.%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，金屬鐠熔點高且極易氧化，根據生產需要也可將金屬鎵、金屬鐠預先冶煉成中間合金，以Sn-Ga和Sn-Pr的形式加入，以保證鎵和鐠在釬料中成分的準確性。

金屬硒準確地說應該是非金屬元素。但是它的“形態”多樣，兩種無定性態（一種為紅色，一種為黑色）、兩種紅色單斜晶形態（a-Se，b-Se都是由Se₃組成）硒都不穩定，不利于保存和生產時準確添加。而銀灰色金屬硒很穩定，其熔點約為217℃，沸點約為685℃，密度約為4.79，在Sn-Zn釬料冶煉時，較容易準確添加。

本發明過程使用的硒均為銀灰色金屬硒。本發明的釬料組織均勻，易于加工成各種形狀，如條狀、棒狀、絲狀、焊球，以適應不同生產條件的需要。

附圖說明

附圖1??本發明實施例與Sn-9Zn釬料的性能對比試驗數據。

具體實施方案

與以往研究相比，本發明的創造性在于：

1）發現了可顯著提高Sn-Zn釬料“抗氧化性能”的Se元素。

在本發明的試驗過程中，研究發現，Se加入到Sn-Zn系無鉛釬料中，可顯著地提高Sn-Zn釬料的“抗氧化性能”。進一步研究發現，如果同時加入Pr和Ga元素，Sn-Zn釬料的“抗氧化性能”更加優良。通過優化Pr、Ga和Se以及Sn、Zn的化學成分，得到了“抗氧化性能”優良、對銅板潤濕性能良好的Sn-Zn-Pr-Ga-Se無鉛釬料（參見附圖1）。由于Pr、Ga、Se的加入量很少，新發明的釬料熔點低于或等于Sn-Zn二元合金的熔點。