專利名稱：：用于鋁軟釬焊的無鉛焊料的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種焊料組合物，特別是一種用于鋁軟釬焊的無鉛焊料組合物。
背景技術：
：鋁及其合金具有密度小、導熱導電性能出色、成本低等優(yōu)點，在電子工業(yè)中的使用越來越廣泛，尤其是作為功率較大、發(fā)熱量大的電子產(chǎn)品的散熱器。但是鋁的表面容易形成致密的氧化膜，使得鋁軟釬焊與銅軟釬焊相比，難以實現(xiàn)，需要使用活性更強、反應更劇烈的助悍劑。國外有關鋁軟釬焊助焊劑已經(jīng)申請了一些專利，目前所使用的鋁軟4f焊用的焊料為Sn-Pb、Sn-Ag-Cu、Sn-Zn。眾所周知，Pb是有毒元素，按照我國信息產(chǎn)業(yè)部等七部委聯(lián)合發(fā)布的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》的規(guī)定，我國在2007年3月1日開始實施在電子產(chǎn)品中使用含鉛的焊料的控制，因此Sn-Pb焊料不能再使用。Sn-Ag-Cu焊料合金成本較高，而且Sn-Ag-Cu焊料合金主要用于銅軟釬焊，我們以前的研究指出Sn-Ag-Cu焊料合金與鋁基板形成界面處的金屬化合物比較特殊，Sn-Ag-Cu焊料合金中的Ag和鋁基板的鋁會在偏離鋁基板一側，即在焊料基體里形成AgAl化合物，這必然使焊料與鋁基板間的接頭強度下降。Sn-Zn焊料合金用于鋁軟釬焊也有一定的歷史，該焊料合金不但成本低廉、共晶點與Sn-Pb接近、力學性能好，而且鋅和鋁之間能相互形成固溶體，焊料合金中的Zn還會從鋁基板面上生長出無數(shù)刺狀固溶體晶須插入焊料作嵌入結合，使得Sn-Zn焊料合金與鋁形成的接頭強度很高。但是Sn-Zn共晶合金中鋅相容易氧化，潤濕性能差，而抗氧化性能差的焊料不但會增加焊點的缺陷率，而且還會引起焊點的可靠性問題。目前已有大量關于改善Sn-Zn焊料合金的氧化性能的研究在Sn-Zn焊料合金中添加Bi元素能明顯降低焊料合金的表面張力，從而改善其潤濕性能。Sn-8Zn-3Bi焊料合金已經(jīng)在電子行業(yè)中廣泛使用。也有研究指出，添加質量分數(shù)為0.5%的Ag能改善Sn-Zn焊料合金的微觀組織，Ag與Sn-Zn焊料合金中的Zn相形成金屬間化合物AgZn3,減少Sn-Zn焊料合金表面Zn相的氧化。但是關于Sn-Zn焊料合金的研究都是基于Cu基板的，適用于鋁軟釬焊的Sn-Zn焊料合金的研究很少報道。
發(fā)明內(nèi)容針對以上所述，本發(fā)明只在提供一種用于鋁質基板材料的低溫釬焊焊料，該焊料為無鉛焊料，不但凝固組織比針狀鋅相的錫鋅共晶合金有所改善，潤濕性能有所提高，而且能與鋁基板形成強度很高的接頭。為解決上述技術問題，本發(fā)明的一種用于鋁軟釬焊的無鉛焊料，由以下重量百分比的化學成份組成Zn9-15%,Al0.01-2%,Ag0.01—2%，Bi1-3%,Sn為余量。作為一種更好的改進，所述無鉛焊料的組分中還含有P,其重量百分比為0.01-1°/。。本發(fā)明所獲得的無鉛焊料合金，不使用有毒性的鉛，比現(xiàn)有的Sn-Zn合金抗氧化性更強、潤濕性能更好，也比現(xiàn)有的Sn-Ag-Cu焊料合金更適用于鋁軟釬焊，接頭性能更好、成本更低。具體實施例方式下面詳細說明本發(fā)明中各添加元素的作用及其最佳含量。在顯微組織構成方面，Sn-9Zn(wtW共晶合金是針狀的Zn相分布在Sn基體上，焊料合金中Zn能與鋁基板有良好的親和力，Zn含量提高能使合金與鋁基板的結合強度提高；但Zn相容易氧化，當Zn含量超過15X時，不但使合金的抗氧化性變差，而且也會使合金的起始熔化溫度提高以及熔化溫度范圍變大，不利于軟釬焊。在Sn-Zn合金基礎上添加微量A1元素后，不但能與Sn-Zn合金中容易氧化的Zn相形成固溶體從而提高Sn-Zn合金的抗氧化性，而且Al的存在會提高Sn-Zn合金與鉬基板的親和力。但是當Al含量增加到1.0%以上時，其會在Sn-Zn合金表面形成較厚的氧化膜，增大合金的表面張力，使釬料的潤濕性能變差。Ag元素能與Sn-Zn合金中的Zn相形成Ag-Zn金屬間化合物，并改善Sn-Zn合金的組織，提高Sn-Zn合金的潤濕性能以及力學性能；但是當添加的Ag含量超過l.0%時，合金的熔化溫度升高、表面張力增大，潤濕性能也下降。元素Bi是表面活性元素，加入Sn-Zn合金后能降低合金的表面張力，從而改善Sn-Zn合金的潤濕性能，但Bi本身是脆性金屬，其在Sn-Zn合金中的含量超過5%時則會劣化釬料合金的塑性。本發(fā)明目的在于提供一種鋁軟釬焊、潤濕性能好、與鋁基板形成良好接頭的低成本無鉛焊料，而且該焊料能使用傳統(tǒng)的方法冶煉，并能控制成形，制作成焊錫條、焊錫棒、焊錫線、焊錫膏等形式，以滿足表面組裝技術的要求。實施例1:本實施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Zn含量9o/0、Al含量O.5%、Ag含量O.1%、Bi含量l。/Q、Sn為余量。實施例2:本實施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Zn含量9%、Al含量O.5%、Bi含量l。/。、Sn為余量。實施例3:本實施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Zn含量9%、Al含量O.5Q/o、Bi含量2。/。、Sn為余量。實施例4:本實施方式的無鉛焊料由以下重量百分比的成份組成Zn含量9%、Al含量l.0%、Bi含量2。/。、Sn為余量。另外，為了比較本發(fā)明無鉛Sn-Zn-A1-Bi焊料合金與目前采用的無鉛焊料Sn-3.OAg-0.5Cu、Sn-9Zn合金在鋁板上的潤濕性能，對上述具體實施例1至4的焊料合金以及傳統(tǒng)的Sn-3.OAg-0.5Cu、Sn-9Zn合金進行潤濕性實驗，結果見表1。實驗條件如下使用99.9%的純6Sn、Bi、Al、Ag、Cu、Zn熔煉成具體實施例中的焊料合金，熔煉時使用KC1與LiCl的共晶鹽保護，在50(TC熔煉3小時后澆鑄到特制的不銹鋼模具中，并將焊料合金制作成0.3g的圓柱狀；40x40xlmm的鋁基板(1060)在鋪展實驗前進行去膜處理，先用5%NaCl溶液浸泡2min,再置于l:l的硝酸溶液中和，然后用無水乙醇清洗，風干待用。將放有圓柱狀的焊料合金并涂覆0.05g某商用焊鋁助焊劑的鋁基板置于26(TC熔融錫洛上加熱1min，使用圖形處理軟件計算釬焊后焊料合金的鋪展面積。表l本發(fā)明實施方式與傳統(tǒng)Sn-3.OAg-O.5Cu、Sn-9Zn焊料的對比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由Sn-3.OAg-0.5Cu、Sn-9Zn焊料合金的鋪展面積發(fā)現(xiàn)，Sn-3.OAg-0.5Cu焊料合金的鋪展面積明顯優(yōu)于Sn-9Zn焊料合金；而由實施例1、2、3、4的焊料合金的鋪展面積可以看出，添加了少量Bi、Al元素能使焊料合金比Sn-9Zn焊料合金的鋪展面積有明顯提高。但是Al元素含量從O.5%增加至1.0%時，焊料的鋪展面積則有所下降，由實施例4可以看出。而實施例3則表明，Bi元素的含量從l"/。增加至2%時，對焊料合金的鋪展面積影響不大。實施例2、3、4的焊料鋪展面積雖然比Sn-9Zn共晶焊料合金的鋪展面積有明顯提高，但是尚未達到傳統(tǒng)Sn-3.OAg-O.5Cu的水平。而實施例1說明了添加少量的Ag元素能明顯提高Sn-9Zn焊料合金的鋪展面積，并且其鋪展面積高于Sn-3.OAg-0.5Cu焊料合金。權利要求1、一種用于鋁軟釬焊的無鉛焊料，其特征在于，它由以下重量百分比的化學成份組成Zn9-15％，Al0.01-2％，Ag0.01—2％，Bi1-3％，Sn為余量。2、根據(jù)權利要求2所述的無鉛焊料，其特征在于，組分中還含有P，其重量百分比為0.01-1%。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于鋁質基板材料的低溫釬焊焊料，該焊料為無鉛焊料，不但凝固組織比針狀鋅相的錫鋅共晶合金有所改善，潤濕性能有所提高，而且能與鋁基板形成強度很高的接頭，其由以下重量百分比的化學成份組成Zn9-15％，Al0.01-2％，Ag0.01-2％，Bi1-3％，Sn為余量。本方案所獲得的無鉛焊料合金，不使用有毒性的鉛，比現(xiàn)有的Sn-Zn合金抗氧化性更強、潤濕性能更好，也比現(xiàn)有的Sn-Ag-Cu焊料合金更適用于鋁軟釬焊，接頭性能更好、成本更低。文檔編號B23K35/26GK101486133SQ20091010532公開日2009年7月22日申請日期2009年2月5日優(yōu)先權日2009年2月5日發(fā)明者冼健威,吳建雄,張新平,徐金華,鑫馬申請人:深圳市億鋮達工業(yè)有限公司;東莞市億鋮達焊錫制造有限公司;華南理工大學