[發明專利]低熔點錫鉍焊料合金

在審

• 申請號: 201611083199.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106624432A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 曹立兵
• 申請（專利權）人: 安徽華眾焊業有限公司
• 主分類號: B23K35/26
• 分類號: B23K35/26
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙)11411
• 代理人: 鄭自群

技術領域

本發明屬于焊接材料技術領域，具體涉及一種低熔點錫鉍焊料合金。

背景技術

Sn-Pb焊料在電子工業的應用已有相當長的時間，由于它具有較低的熔點、較高的性價比以及易獲得性，使其成為最主要的低溫焊料體系，被廣泛用于有色金屬、食品容器、建筑、機械以及管道裝置的焊接等領域。然而，隨著信息時代的到來，電子產品層出不窮，這些電子產品在造福人類的同時，其所含有的鉛也日益污染生態環境和人類的身體健康。我國政府也及時制定了《電子信息產品生產污染防治管理辦法》，并于2006年7月開始執行。

當前業界比較認可的無鉛焊料主要是Sn-Ag-Cu系和Sn-Bi系，尤以前者為代表。因為Sn-Ag-Cu系合金焊料容易獲得，技術問題較少，與傳統焊料的相容性好，焊點的可靠性高。但是應用Sn-Ag-Cu系合金焊料完全取代錫鉛系焊料是不現實的，除去成本因素，最主要的是Sn-Ag-Cu系焊料的熔點高于錫鉛系焊料，導致焊接溫度上升。使對于耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷，導致平面基板彎曲變形，增強其損壞的可能性。這就意味著采用Sn-Ag-Cu無鉛焊料對焊接設備、焊接工藝、電子元件及基板材料的耐溫性能等一系列工程提出了嚴峻的挑戰。

Sn-Bi系焊料的共晶熔點非常低，僅為139℃，低于傳統Sn-37Pb焊料合金(183℃)，低熔點使其在分級封裝的外層和靠近對溫度敏感的內層具有非常大的優勢，而且表面組裝后在100℃的溫度循環試驗中也表現出優異的特性。由于SnBi共晶焊料的耐熱疲勞及延展性較差，使其焊接可靠性不足且加工線材困難，限制了其進一步的推廣及應用。因此，細化焊料組織、提高焊料延伸率成為SnBi焊料研究亟待解決的關鍵問題。

發明內容

本發明提出一種低熔點錫鉍焊料合金，該焊料合金不僅具有很低的熔點，而且具有良好的潤濕性能和抗剪切性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：

鉍10～30％、鈦2.0～3.0％、納米三氧化二鐵顆粒0.3～0.8％、釩0.02～0.1％與RE 0.002～0.006％，余量為錫。

較優選地，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：

鉍20％、鈦2.4％、納米三氧化二鐵顆粒0.6％、釩0.08％與RE 0.004％，余量為錫。

進一步，所述納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為10～50nm。

進一步，本發明的一些實施例中，所述RE為La、Pr、Er、Dy或者Nd。稀土元素采用單一稀土元素而不采用混合物，是為了避免混合稀土元素對納米三氧化二鐵顆粒對晶體顆粒形成過程的不利影響，特別是抑制其彌散強化的作用。而單一稀土元素能夠提高焊料合金的光澤性，細化晶粒的作用。

進一步，本發明的一些實施例中還含有重量百分數為0.0002％～0.0005％的Co，可以改善界面金屬間化合物的厚度。

本發明的有益效果：

1、本發明通添加納米三氧化二鐵顆粒起到彌散強化的作用，提高了焊接接頭中焊料部分的抗剪切性能，再添加釩有效地消除了納米三氧化二鐵顆粒的磁性，同時大大提高了焊料合金的穩定性。

2、本發明將Bi的含量控制在10％～30％，從而既能夠達到降低焊料溫度的效果，又能夠保證焊料的剪切強度性能。同時通過加入少量的鈦元素，可以提高焊料的抗氧化性能。

3、焊料合金共晶溫度在145℃～152℃左右，使焊料的潤濕性變得更好。

具體實施方式

實施例1

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：

鉍20％、鈦2.4％、納米三氧化二鐵顆粒0.6％、釩0.08％與Pr 0.004％，余量為錫。納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為50nm。

制備方法：

按照本實施例中的Bi、Ti、納米Fe₂O₃、V、Pr和Sn的重量百分比稱取所需的原料，加入到爐中，然后升溫到600℃熔融，完全熔化后開始計時，再保溫120min。在此期間，每隔10min用陶瓷棒攪拌一次，使合金成分充分均勻化。兩小時后，將熱坩堝從爐中取出，放在空氣中冷卻至室溫(20℃)，然后從坩堝中取出，即得本發明低熔點錫鉍焊料合金。

實施例2

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料制成：