本發(fā)明涉及焊接材料，具體涉及一種LED照明行業(yè)組裝用低溫焊料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：在軍工領(lǐng)域，一些元器件由于其特殊用途，其不能夠耐高溫，當(dāng)溫度高于150℃時(shí)，元器件易被燒壞，造成不良。采用錫膏作為焊接材料時(shí)，傳統(tǒng)的錫銀銅和錫鉛共晶由于其熔點(diǎn)過高而不能滿足使用要求。錫鉍共晶(SnBi58)焊料熔點(diǎn)為138℃，可滿足焊接溫度要求，但其焊點(diǎn)很脆，在使用過程中容易造成元器件脫落，無法滿足元器件與基板之間的焊接接頭的強(qiáng)度要求。錫銦共晶(SnIn52)合金熔點(diǎn)合適、塑性好，但其強(qiáng)度相比較低，且稀缺元素In含量過高造成成本太高，不適宜大規(guī)模應(yīng)用。當(dāng)前應(yīng)用較多的低溫焊料主要有Sn-Pb-Bi、Sn-Bi-In等三元系合金，但鑒于該類特殊元器件的可靠度要求和苛刻的使用條件，均存在很多的問題。如Sn-Pb-Bi合金存在合金脆性和熔點(diǎn)的矛盾，當(dāng)熔點(diǎn)較低時(shí)，脆性差，當(dāng)脆性好時(shí)，熔點(diǎn)又偏高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出一種低溫焊料，該低溫焊料不僅能夠滿足元器件低于150℃的要求，而且焊料抗沖擊韌性好，抗拉強(qiáng)度達(dá)40MPa以上。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種低溫焊料，包括以下組分：Pb:25～32wt％，In:13～25wt％，其余為Sn。進(jìn)一步，包括以下組分：Pb：25～28wt％，In：16～25wt％，其余為Sn。進(jìn)一步，還包括Cd、Zn、P、Ge、Ga與RE中的一種或多種。Cd，Zn等元素的添加進(jìn)一步提升了焊料的結(jié)合性能和焊后抗疲勞性，P、Ge、Ga、RE等添加能夠進(jìn)一步提升焊料的抗氧化性，并細(xì)化焊料組織，進(jìn)一步提升焊后產(chǎn)品的可靠性。進(jìn)一步，RE(稀土元素)優(yōu)選為La或Ce。進(jìn)一步，Cd的含量為0～2.0wt％，Zn的含量為0～4.0wt％，P的含量為0～0.5wt％，Ge的含量為0～0.5wt％，Ga的含量為0～0.5wt％與RE的含量為0～0.5wt％。進(jìn)一步，該焊料的熔點(diǎn)為120～137℃。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種低溫焊料的制備方法，包括以下步驟：1)在熔煉爐中按比例加入稱取純Sn、純Pb與純In混合，并加入適量熔煉覆蓋劑，然后加熱至250～300℃得到Sn、Pb與In混合熔液，保溫10～20min；2)對(duì)步驟1)得到熔液進(jìn)行攪拌3～5min，然后除掉表面覆蓋劑，澆注于模具中制成低溫焊料錠坯。進(jìn)一步，低溫焊料錠坯可以直接作為焊料應(yīng)用，或制成條帶、絲板或軋片使用；還可以在200～300℃熔化，制備成球形合金焊粉，用作焊膏基料。進(jìn)一步，所述步驟1)還包括中間合金的制備，將中間合金加入到Sn、Pb與In混合熔液中，并于250～300℃溫度保溫10～20min。進(jìn)一步，中間合金為PbCd、SnZn、SnP、SnGe與SnRE中的一種或者多種，PbCd配比為Pb83wt％與Cd17wt％，SnZn配比為Sn91wt％與Zn9wt％，SnP配比為Sn95wt％與P5wt％，SnGe配比為Sn95wt％與Ge5wt％，SnRE配比為Sn95wt％與RE5wt％。進(jìn)一步，Pb-17Cd即為Pb83wt％與Cd17wt％的PbCd中間合金，Sn-9Zn即為Sn91wt％與Zn9wt％的SnZn中間合金，Sn-5P即為Sn95wt％與P5wt％的SnP中間合金，Sn-5Ge即為Sn95wt％與Ge5wt％的SnGe中間合金，Sn-5RE即為Sn95wt％與RE5wt％的SnRE中間合金。本發(fā)明的有益效果：1、通過Sn、Pb、In三種元素的合理配比及制備工藝控制，避免不利金屬間化合物(IMC)的粗大形態(tài)及合金內(nèi)部氧化的出現(xiàn)，使其能顯著降低熔化溫度的同時(shí)不增加焊料的熔程，且能夠?qū)崿F(xiàn)固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和原位生成IMC彌散強(qiáng)化，三種強(qiáng)化機(jī)制的共同交互作用使得焊料的抗沖擊性大幅提升。另外，該合金焊料中加入了13％以上的In，使合金的塑形變形能力大幅度增強(qiáng)，抗沖擊韌性提高，滿足惡劣條件下的使用要求。2、覆蓋保護(hù)熔煉有效避免了合金熔煉過程中的內(nèi)部氧化和成渣燒損，確保合金的純凈和成分的準(zhǔn)確。稀貴金屬銦含量僅13～25wt％，成本適中，滿足規(guī)模實(shí)用化應(yīng)用的成本要求。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為實(shí)施例1低溫焊料的掃描電鏡組織照片。具體實(shí)施方式實(shí)施例1低溫焊料各組分配比為：按質(zhì)量百分比為50％的Sn、25％的Pb和25％的In。其制備過程如下：(1)在200kg熔煉爐中加入稱好的50kg純Sn、25kg純Pb、25kg純In原料，共計(jì)100kg，加入100g的ZnCl2熔煉覆蓋劑，加熱至250℃，并保溫20min；(2)對(duì)上述所得熔液進(jìn)行攪拌3min后除掉表面覆蓋劑，澆注于模具中制成低溫焊料錠坯，參見圖1。(3)在擠壓機(jī)上將步驟(2)所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊粉。從圖1中，可以看出該焊料組織均勻、組織中分布著大量細(xì)小的析出強(qiáng)化相，這也是該類低溫焊料具有較高強(qiáng)度的根本原因。實(shí)施例2低溫焊料各組分配比為：按質(zhì)量百分比為56％的Sn、28％的Pb和16％的In。其制備過程如下：(1)在200kg熔煉爐中加入稱好的56kg純Sn、28kg純Pb、16kg純In原料，共計(jì)100kg，加入100g的ZnCl2熔煉覆蓋劑，加熱至250℃，并保溫20min；(2)對(duì)上述所得熔液進(jìn)行攪拌5min后除掉表面覆蓋劑，澆注于模具中制成低溫焊料錠坯。(3)在擠壓機(jī)上將步驟(2)所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊粉。實(shí)施例3(1)采用真空感應(yīng)熔煉的方式，在400℃條件下熔煉制備處Pb-17Cd中間合金；(2)按表1所列配方，按照純Sn、純Pb、純In和PbCd合金的加料順序依次加入熔煉爐中，并加入ZnCl2覆蓋劑在熔煉爐中加熱至300℃，熔化后保溫20min；(3)除掉表面覆蓋劑，將合金熔體澆鑄于模具中，凝固得到低溫焊料錠坯。(4)在擠壓機(jī)上將步驟(3)所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊粉。實(shí)施例4與實(shí)施例3基本相同，不同之處為中間合金為Sn-9Zn，純Sn、純Pb、純In含量有所不同。實(shí)施例5與實(shí)施例3基本相同，不同之處為中間合金為Sn-9Zn與Sn-5P，純Sn、純Pb、純In含量有所不同。實(shí)施例6與實(shí)施例3基本相同，不同之處為中間合金為Pb-17Cd、Sn-5Ge與Sn-5RE，純Sn、純Pb、純In含量有所不同。實(shí)施例7與實(shí)施例3基本相同，不同之處為中間合金Sn-9Zn、Sn-5Ge與Sn-5RE，純Sn、純Pb、純In含量有所不同。表1實(shí)施例1-7低溫含量各組分配方實(shí)施例SnPbInCdZnPGeGaRE1502525//////2562816//////349.9527230.05////451.952523/0.05///553.942818/0.050.01///655.9827192//0.01//0.01747.52622/4//0.20.3實(shí)施例8將實(shí)施例1、2、3、5與6得到的低溫焊料，與傳統(tǒng)主流焊料熔點(diǎn)和力學(xué)性能比較，結(jié)果見表2。表2各種焊料熔點(diǎn)以及力學(xué)性能從表2數(shù)據(jù)看出本發(fā)明的焊料在熔化溫度、延伸率、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等綜合方面評(píng)估，相比傳統(tǒng)焊料具有優(yōu)勢(shì)，在保證其可焊性前提下，提高焊料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，并能夠有提高焊點(diǎn)的結(jié)合可靠度。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3