專利名稱：一種高溫低溶銅率無鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鉛焊料，尤其是涉及一種高溫低溶銅率無鉛焊料。
背景技術(shù)：
在電子領(lǐng)域的無鉛化以來，世界各國針對各種工藝技術(shù)要求，推出各種各樣的無 鉛焊料，如波峰焊料，表面貼裝無鉛錫膏，以及高低溫浸焊用的低出渣量、低溶銅率、表面光 亮細(xì)膩的焊料等。雖然有大量焊料成分合金，但目前依然存在的主要問題是焊接困難，尤其 在高焊接溫度下，更是困難。目前對漆包線導(dǎo)線脫漆處理，普遍采用自熔漆搪錫工藝(而以往對導(dǎo)線漆皮采用 機(jī)械剝除或藥物溶解等法再焊接)，因此如何確保在高溫熔漆時不使銅線被熔斷，特別對細(xì) 線徑的漆包線，這就涉及到焊料組成的技術(shù)。研究銅的溶解機(jī)理，以及選擇合適的金屬元素 以抑制銅溶解速率是多年來金屬材料工作者的努力方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫低溶銅率無鉛焊料。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種高溫低溶銅率無鉛焊料，其特征在于，該無鉛焊料以Sn為基體，還包括以下 重量百分?jǐn)?shù)含量的成分3. 5-8wt% Cu,2-6wt% Bi,l-3wt% Sb。下面對本發(fā)明所添加的元素作進(jìn)一步的說明當(dāng)焊料的溶入Cu量太高時，它會使焊料流動性變低，從而使焊接質(zhì)量差，出現(xiàn)了 大量的焊接缺陷，如搭橋，錫瘤，錫刺，凹坑等。為降低溶銅率，在焊料中加入Cu是一般抗溶 銅焊料首先考慮的重要方面，經(jīng)實踐證明，Cu在焊料中含量與導(dǎo)線往焊料中的溶銅速率有 著極大的關(guān)系。焊料中的Cu含量越大，焊料對Cu的溶解速率越小。而實際上影響Cu在液 態(tài)焊料中的溶解的因素有三個，即Cu導(dǎo)線的浸入時間，液態(tài)焊料溫度高低以及焊料中銅的 含量大小。但是這里所述的浸入時間長短、液態(tài)焊料溫度高低是工藝要求所決定的，不能隨 意更改，那只有對焊料中預(yù)先含Cu量的多少進(jìn)行選擇。根據(jù)Dybkoviso提出的Cu-Sn合金 中銅溶入液態(tài)焊料的溶解速率公式— = ^-(Cs-C) dt K
dc式中溶解速率了；
atK-溶解常數(shù)V-液態(tài)焊料體積；S-接觸面積；Cs-在焊接溫度下，銅在液態(tài)焊料的溶解度；C-焊料的含銅量。由上式可知當(dāng)C越大時，(Cs-C)的值就越小，從而可以抑制Cu的溶解度?？梢姡诤噶虾辖鹬锌梢杂迷龆嗵砑覥u來控制銅溶解度。但當(dāng)Cu含量過高，則會惡化焊料可焊 性。因此本發(fā)明中將Cu銅的含量控制在3. 5-8wt%之間，使產(chǎn)品具有很低溶Cu速率同時， 保持著優(yōu)秀的擴(kuò)散率。在本發(fā)明提供的焊料組成中，還含有Sb，Bi兩種元素，分別在對降低Cu溶解速率， 以及提高焊接性能有補充的作用。發(fā)明人研究過在Sn-3Cu合金中Sb的含量對銅溶解入焊 料的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Sb含量為2wt%時，Cu的溶解率為最低值。可見，在焊料中加入Sb可以 有效地降低Cu在液態(tài)焊料的溶解率。而從Cu-Bi 二元合金相圖可見，二元合金全過程中Bi 與Cu是互不發(fā)生任何冶金反應(yīng)，這有利于抑制Cu的溶解，而且在焊料中添加Bi可降低焊 料合金的熔點，同時也改善焊料焊接時的流動性。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括有以下重量百分?jǐn)?shù)含量的成分0. 005-0. Iwt% P和0. 008-0. 2wt% Ga。在無鉛焊料中添加微量抗渣元素P和Ga，可以使液態(tài)焊料在焊接 過程中有極好的抗氧化作用。由于P和Ga在液態(tài)焊料焊接過程中分布在液面上，使得P和 Ga與Sn、O2等元素作用生成一層很薄又十分致密的含氧酸鹽保護(hù)膜。該保護(hù)膜可阻礙O2 對焊料的氧化，使得焊料在焊接過程中處于新鮮狀態(tài)，從而確保了焊點的質(zhì)量，并能夠防止 大量Sn渣產(chǎn)生，確保焊料在相應(yīng)溫度下有著良好的抗渣效果，并降低了焊料中Sn的損耗。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明提供的無鉛焊料在焊接溫度高達(dá)400 480°C的情況下，仍具有極低的 Cu溶解速度，使得在實施漆包線自熔漆搪錫過程中，具有很低的熔銅率，因此在電子元器件 生產(chǎn)采用自熔漆搪錫工藝時，在400 480°C的高溫下進(jìn)行浸焊，不會造成漆包線導(dǎo)線被熔 斷，而且能夠獲得一層結(jié)合牢固、表面光滑的焊層以及結(jié)實的焊點。 (2)本發(fā)明提供的無鉛焊料中添加了微量抗渣元素P和Ga，在400-480 °C工作溫度 下，保持了作業(yè)過程中高溫液態(tài)焊料表面無錫渣或極少量錫渣產(chǎn)生，降低了焊料中Sn的損
^^ ο(3)本發(fā)明提供的無鉛焊料中不含貴金屬成分，大大降低成本，能夠帶來誘人的經(jīng) 濟(jì)效益。
具體實施例方式以下通過對比例以及實施例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，然而本發(fā)明的保護(hù)范圍并非僅僅 局限于以下實施例。所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，均可實現(xiàn)本發(fā) 明的目的。本發(fā)明的無鉛焊料采用以Sn為基體的無鉛焊料的常規(guī)生產(chǎn)方法進(jìn)行制備，各成 分的重量百分?jǐn)?shù)含量如以下實施例所示。實施例1
Cu 3wt%Bi5wt%Sb2wt%Sn90wt%o
實施例2
Cu 5wt%Bi5wt%Sb2wt%Sn88wt%。
實施例3
Cu 8wt%Bi5wt%Sb2wt%Sn85wt%。
實施例4
Cu 5wt%Bi 2wt%Sb 2wt%Sn 91wt%。
實施例5
Cu 5wt%Bi 5wt%Sb 2wt%Sn 88wt%。
實施例6
Cu 5wt%Bi 6wt%Sb 2wt%Sn 87wt%。
實施例7
Cu 7wt%Bi 4wt%Sb Iwt %Sn 88wt%。
實施例8
Cu6wt%Bi 3wt%Sb 3wt%Sn 88wt%。
實施例9
Cu 3. 5wt%Bi 3. 5wt% Sb 2.5wt% Sn90. 5wt%。
實施例10
Cu 5wt%Bi 5wt%Sb 2wt% P 0. 008wt%Ga 0. 016wt%Sn 87. 976wt%0
實施例11
Cu 8wt%Bi 6wt%Sb 3wt% P 0. 005wt%Ga 0. Olwt%Sn 82.985wt%0
實施例12
Cu 3wt%Bi 2wt%Sb Iwt %P 0. Iwt %Ga 0. 2wt%Sn 93. 7wt%0
實施例13
Cu 3. 5wt%Bi 4wt%Sb 1. 5wt%P 0. 05wt%Ga 0. Iwt %Sn 90. 85wt%0
實施例14
Cu 7wt%Bi 3wt%Sb 2. 5wt% 5 0. Olwt%Ga 0. 02wt%Sn 87.47wt%0
實施例15
Cu 6wt%Bi 4. 5wt%Sb 2wt% 5 0. 06wt%Ga 0. 12wt%Sn 87. 32wt%0
實施例16
Cu 4wt%Bi 3. 5wt%Sb 2wt% P 0.006wt%Ga 0.012wt%Sn 90.4S2wt%o
對比例1
Cu 5wt%Sn 95wt%。
對比例2
Cu 5wt%Sb Iwt %Sn 94wt%O
對比例3
Cu 5wt%Sb 3wt%Sn 92wt%O
對比例4
Cu 6wt%Ag 2wt%Sn 92wt%O
對比例5
Cu 6wt%Ni 0. 2wt% Sn93.8wt%。
以實施例1 6以及10與對比例1 5對在不同溫度下的銅溶角軍率、擴(kuò)散率以及
抗渣效果進(jìn)行對比試驗。結(jié)果見表一、表二和表三。 其中，銅溶解率的測試方法①將Φ0. 5mm的純銅絲，經(jīng)表面酸洗干凈后，用千分 尺重測線徑尺寸，選擇尺寸一致的銅線備用。②分別在所指的焊料中，在400°C，45(TC，
5480°C將涂有助焊劑銅絲插入ls，3s。焊料溫度控制士2°C范圍。③將浸焊后的銅絲，用脫 錫水，浸泡將錫層脫去，洗凈，烘干。④再用千分尺測量銅絲尺寸。⑤按(S1-S2)/S1X100% 計算。(Si 溶銅前銅絲面積；S2 溶銅后銅絲面積)焊料的擴(kuò)散率的測試方法JIS Z 3197，實驗時使用的助焊劑為專用助焊劑AlO抗渣實驗的實驗條件浸焊爐，容量8kg，表面積16X8cm2 ；刮渣頻率每30秒后刮一次(實際生產(chǎn)操作周期)；刮渣次數(shù)120次(時間1小時)。表一不同組成焊料在不同溫度下銅的溶解率
權(quán)利要求
一種高溫低溶銅率無鉛焊料，其特征在于，該無鉛焊料以Sn為基體，還包括以下重量百分?jǐn)?shù)含量的成分3.5 8wt％Cu、2 6wt％Bi、1 3wt％Sb。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫低溶銅率無鉛焊料，其特征在于，該無鉛焊料還包括以 下重量百分?jǐn)?shù)含量的成分0. 005-0. Iwt% P、0. 008-0. 2wt% Ga。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫低溶銅率無鉛焊料，該無鉛焊料以Sn為基體，還包括以下重量百分?jǐn)?shù)含量的成分3.5-8wt％Cu、2-6wt％Bi、1-3wt％Sb、0.005-0.1wt％P、0.008-0.2wt％Ga。本發(fā)明提供的無鉛焊料具有以下技術(shù)效果(1)在焊接溫度高達(dá)400～480℃的情況下，仍具有極低的Cu溶解速度，使得在實施漆包線自熔漆搪錫過程中，具有很低的熔銅率，因此在電子元器件生產(chǎn)采用自熔漆搪錫工藝時，在400～480℃的高溫下進(jìn)行浸焊，不會造成漆包線導(dǎo)線被熔斷，而且能夠獲得一層結(jié)合牢固、表面光滑的焊層以及結(jié)實的焊點；(2)在400-480℃工作溫度下，保持了作業(yè)過程中高溫液態(tài)焊料表面無錫渣或極少量錫渣產(chǎn)生，降低了焊料中Sn的損耗；(3)不含貴金屬成分，大大降低成本，能夠帶來誘人的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號B23K35/26GK101947701SQ20101029872
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者杜昆, 蔡烈松, 陳明漢, 陳昕 申請人:廣州瀚源電子科技有限公司