專利名稱：：一種無鉛軟釬焊料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種焊接材料，具體是指一種以錫為基料配合低成本金屬制成的具有良好性能的無鉛軟釬焊料。
背景技術(shù)：
：釬焊在工業(yè)上指采用比母材溶化溫度低的焊料，操作溫度采用低于母材固相而高于焊料液相線的一種焊接技術(shù)，根據(jù)焊料液相線溫度的高低分為軟釬焊和硬釬焊兩種。軟釬焊是一種低溫結(jié)合工藝，與硬釬焊相比它具有以下特點(diǎn)(l)軟釬焊可用烙鐵、噴燈等普通熱源進(jìn)行釬焊，操作容易；(2)加熱溫度低，母材金屬的組織性能變化不大，可以使銅鋁構(gòu)件以任何方式焊接，其可能發(fā)生的膨脹、強(qiáng)度變化和變形都較小；(3)釬焊生產(chǎn)率高，一次性能焊接幾十至幾千個(gè)焊縫，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。目前電子行業(yè)中常用的軟釬焊料是錫鉛合金，由于錫鉛合金具有良好的潤濕性和導(dǎo)電性，焊接性能很好且成本低，因此得到廣泛應(yīng)用。但鉛及其化合物對環(huán)境污染很大，會危害人類及生物體健康。因此，在電子工業(yè)中很需要一種無鉛軟釬焊料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫鉛焊料。無鉛焊料不僅要有好的焊接性能，有些還要求焊料的焊點(diǎn)要亞光，以減少光對眼睛的刺激；有些要求焊料能滿足線路板二次焊接。二次焊接是指采用熔點(diǎn)較高的合金將一些組件焊接在印刷電路板上，然后以具有較低熔點(diǎn)的焊料將另外的組件焊接在印刷電路板的相同面上或另一面上，而不致使第一種組件脫落。這就要求第一次焊接的焊料熔點(diǎn)要盡量高。中國專利公告號為CN1242869C的發(fā)明專利公開了一種無鉛焊料，其按重量百分比為銀Ag:1.8%%2.2%、銻Sb:0.5%1.0%、銅Cu:1.0%3.0%、銦In:0.6%3.0%和余量為錫Sn組成。公告號為CN1252842A的無鉛焊料，其按重量％比為銀Ag:1.0%%3.0%、銻Sb:04.0%、銅Cu:02,0%、鉍Bi:15%30%和余量為錫Sn組成；公告號為CN1475327的無鉛焊料，其按重量百分比為銀Ag:0.01%%0.5%、銻Sb:0.010.5%、銅Cu:2.05.0%、銦In:0.002%0.2%、鎳Ni:0.010.5%、鎵Ga:0.002%0.1%、磷P:0.002%0.1%、錸Re:0.01%2.0%和余量為錫Sn組成。這些無鉛焊料的熔點(diǎn)都相對低，而且其中含有的銀、銦，這兩種金屬世界礦產(chǎn)資源少，價(jià)格相對高，且鉍含量高，焊接后焊點(diǎn)易剝粒。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需解決的問題是提供一種制造方法簡單、成本低且性能好的無鉛軟釬焊料。為了解決上述問題本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種無鉛軟釬焊料，以錫Sn為基底，還含有以下按重量百分比計(jì)的成份銅CuO.1%2,5%、銻Sb4.1%6%、鎳NiO.005%3.0%。優(yōu)選的方案為在所述焊料中進(jìn)一步加入按重量百分比計(jì)為0.001%0.05。/。的磷P和/或鎵Ga。該P(yáng)和/或Ga組份的添加份量以Cu、Sb、Sn、Ni、P和Ga總重量為基準(zhǔn)計(jì)算。本發(fā)明所述的無鉛軟釬焊料有四種組成方式，即由Sn、Cu、Sb、Ni或Sn、Cu、Sb、Ni、P或Sn、Cu、Sb、Ni、Ga或Sn、Cu、Sb、Ni、P、Ga按一定重量百分比組成。本發(fā)明所述的無鉛軟釬焊料的制造方法，其步驟如下(1)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銅，待銅融化用攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫銅合金，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；(2)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銻，待銻熔化用攪拌棒攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠再取出；(3)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入鎳，待鎳熔化并攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠再取出；(4)將上述步驟中制得的三種合金錠、鎵、磷及余量的錫按銅CuO.1%2.5%、銻Sb4.1%6%、鎳NiO.005%3.0%和0.001%0.05%的鎵Ga和/或磷P、余量為錫Sn的配方比加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，制成焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。本發(fā)明的有益效果在于所述的軟釬焊料合金中不含鉛這種對人體有害的物質(zhì)，滿足了電子產(chǎn)品的無鉛化焊接要求；合金中采用熔點(diǎn)和價(jià)格相對低的金屬改善焊料合金的高溫性能、抗氧化性能等并使焊料適合于線路板的二次焊接，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；而且所述焊料合金的制造方法簡單，易于在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明所公開無鉛軟釬焊料，以Sn為基底，另包含有以下按重量百分比計(jì)的成份CuO.1%2.5%、Sb4.1%6%、NiO.005%3.0%。優(yōu)選的，在所述焊料中進(jìn)一步加入按重量百分比計(jì)為0.001%0.05%的磷P和/或鎵Ga。在以Sn為主要原料的無鉛悍料合金中加入Cu,可以增加焊料的機(jī)械強(qiáng)度。但Cu的含量不能很大，因?yàn)镃u熔點(diǎn)較高，如果Cu含量大會顯著增加焊料的融化溫度，減少焊料的潤濕性。因此本發(fā)明以增加焊料的機(jī)械強(qiáng)度而基本不影響焊料潤濕性為前提，將Cu重量百分比含量定為0.1%2.5%。本發(fā)明中銻Sb可以改善焊料的高溫性能，同時(shí)銻的添加也使焊接后的焊點(diǎn)呈現(xiàn)亞光。現(xiàn)有技術(shù)中，通常添加金屬銀以達(dá)到使焊點(diǎn)亞光的作用，但銀價(jià)格較高。銻和銀相比，具有熔點(diǎn)低、價(jià)格便宜，便于加工制造的優(yōu)點(diǎn)。Ni的添加，有利于細(xì)化焊料合金，減少焊接時(shí)焊點(diǎn)橋連現(xiàn)象的發(fā)生。舉例來說，按照目前市場價(jià)格Sn:120150元/Kg，Ag:30004000元/Kg，Sb:2030元/Kg來計(jì)算，以無鉛焊料常用規(guī)格(Sn3Ag0.5Cu)來計(jì)算，焊料成本大約為200600元/Kg，而本發(fā)明所述的焊料合金(SnSbCuNi)成本只有100130元/Kg，可見成本差距巨大。優(yōu)選的，在上述焊料合金中還可以加入P和/或Ga兩種金屬，這兩種物質(zhì)的添加，可以改進(jìn)焊料的浸潤性。同時(shí)P和/或Ga在熔融的焊料鍋內(nèi)能凈化液面，減少焊料鍋表面金屬氧化物的產(chǎn)生，從而降低焊料使用成本。但是焊料合金中P、Ga成分過多時(shí)會在融化的焊料表面形成具有粘性的氧化層，引起焊接接頭橋連等不良現(xiàn)象，妨礙焊接質(zhì)量。因此這兩種金屬的的添加量定于P或Ga或兩者之和(以Cu、Sb、Sn、Ni、P和Ga總重量為基準(zhǔn)計(jì)算)為0.001%0,05%。本發(fā)明所述的無鉛軟釬焊料的制造方法，其具體步驟如下(1)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，一般升溫至1000120(TC時(shí)加入銅，加入的銅量一般占錫銅合金總重量的5%15%，以便于熔煉；待銅融化用攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫銅合金，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；(2)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，一般升溫至600IOO(TC時(shí)加入銻，加入的銻量一般占錫銻合金總重量的40%60%，待銻熔化用攪拌棒攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠再取出；(3)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，一般升溫至1500180(TC時(shí)加入鎳，加入的鎳量一般占錫鎳合金總重量的2%5%，待鎳熔化并攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠再取出；(4)將上述步驟中制得的三種合金錠、鎵、磷及余量的錫按銅CuO.1%2.5%、銻Sb4.1%6%、鎳NiO.005%3.0%和0.001%0.05%的鎵Ga和/或磷P、余量為錫Sn的配方比加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，制成焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。上述前三個(gè)步驟中，合金熔煉成液態(tài)后，一般靜置3040分鐘后澆鑄。須聲明的是，該方法中所用的原料均為工業(yè)精制原料。所述焊料合金錠熔煉過程中均采用熱導(dǎo)性好且耐高溫的石墨坩堝，同時(shí)石墨坩堝化學(xué)性能穩(wěn)定，可以保證被熔煉物質(zhì)的純度。本發(fā)明所述的無鉛軟釬焊料可制成各種形態(tài)，包括但不限于上述所列舉的焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。實(shí)施例l:將90Kg精錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫至110(TC,加入10Kg精銅，用木制攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫銅合金，靜置30分鐘后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；再向石墨坩堝內(nèi)投入50Kg精錫進(jìn)行熔化，熔后升溫至600°CIOO(TC，加入50Kg純銻，待銻熔化并攪拌均勻，靜置30分鐘后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠取出；再向石墨坩堝內(nèi)投入57Kg精錫進(jìn)行熔化，熔后升溫至160(TC左右，投入3Kg純鎳，待鎳熔化并攪拌均勻，靜置30分鐘后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠取出；將上述配制成的三種合金錠、鎵及錫按重量百分比計(jì)，銻4.1%、銅0.6%、鎳0.05%、鎵0.001%和余量為錫，加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，配置成無鉛焊料合金。實(shí)施例2:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠、鎵及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻4.8%,銅0.1%，鎳3.0%;鎵0.05%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例3:取實(shí)施例1配制的三種合金錠、鎵及錫按重量百分比計(jì)配制成銻6.0%，銅2.5%,鎳1.5%;鎵0.03%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例4:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠、鎵、磷及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4.5%，銅0.8%,鎳0.5%、磷0.02%，鎵0.001%和余量為錫的無鉛悍料。實(shí)施例5:取實(shí)施例1所配制的三種f金錠、鎵、磷及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4.1%，銅0.1%,鎳3.0%、磷0.001%，鎵0.05%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例6:取實(shí)施,例1所配制的三種合金錠、鎵、磷及錫按重量百分比計(jì)配制成銻6.0%，銅2.5%，鎳0.05%、磷0.05%，鎵0.001%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例7:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠、磷及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻5.5%、銅1.0%、鎳0.005%、磷0.001%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例8:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠、磷及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻4.1%、銅2.5%、鎳1.5%、磷0.05%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例9:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠、磷及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻6.0%、銅0.1%、鎳3.0%、磷0.03%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例10:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻:6.0%、銅0.1%、鎳1.0%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例11:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻4.5%、銅1.0%、鎳0.01%和余量為錫的無鉛焊料。實(shí)施例12:取實(shí)施例1所配制的三種合金錠及錫按重量百分比計(jì)配制成:銻-4.1%、銅2.5%、鎳1.5%和余量為錫的無鉛焊料。從上述12個(gè)實(shí)施例所得的無鉛焊料合金中取六種進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種無鉛軟釬焊料，以錫Sn為基底，按重量百分比計(jì)，還含有銅CuO.1％～2.5％、銻Sb4.1％～6％、鎳Ni0.005％～3.0％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛軟釬焊料，其特征在于所述焊料中還含有按重量百分比計(jì)為0.001%0.05%的磷P和/或鎵Ga。3、一種無鉛軟釬焊料的制造方法，步驟為(1)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銅，待銅融化用攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫銅合金，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；(2)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銻，待銻熔化用攪拌棒攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠再取出；(3)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入鎳，待鎳熔化并攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠再取出；(4)將上述步驟中制得的三種合金錠、鎵、磷及余量的錫按銅CuO.1%2.5%、銻Sb4.1%6%、鎳NiO.005%3.0%和0.001%0,05%的鎵Ga和/或磷P、余量為錫Sn的配方比加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，制成悍錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鉛軟釬焊料，其特征在于所述步驟(1)中錫熔后升溫至10001200。C時(shí)加入銅，加入的銅量占錫銅合金總重量的5%15%。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鉛軟釬焊料，其特征在于所述步驟(2)中錫熔后升溫至600100CTC時(shí)加入銻，加入的銻量占錫銻合金總重量的40%60%。6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鉛軟釬焊料，其特征在于所述步驟(3)中錫熔后升溫至1500180(TC時(shí)加入鎳，加入的鎳量占錫鎳合金總重量的3%5%。7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鉛軟釬焊料，其特征在于所述步驟(1)、(2)、(3)中合金熔煉成液態(tài)后均靜置3040分鐘全文摘要本發(fā)明公開了一種用于印刷線路板焊接的無鉛軟釬焊料，按重量百分比計(jì)，包含有以下成份銅Cu0.1％～2.5％、銻Sb4.1％～6％、鎳Ni0.005％～3.0％和余量的錫Sn。在焊料合金中還可進(jìn)一步加入0.001％～0.05％的鎵Ga和/或磷P。所述的無鉛軟釬焊料合金采用熔點(diǎn)和價(jià)格相對低的幾種金屬改善焊料合金的高溫性能、抗氧化性能等，在保證焊料合金的良好焊接性能基礎(chǔ)上，大大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；而且所述焊料合金的制造方法簡單，工業(yè)上易實(shí)現(xiàn)。文檔編號B23K35/26GK101456103SQ20081021933公開日2009年6月17日申請日期2008年11月18日優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日發(fā)明者何繁麗,蘇傳港,蘇傳猛,蘇明斌,蘇燕旋,黎郭申請人:高新錫業(yè)(惠州)有限公司