無鉛釬料的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于釬料技術領域，涉及一種無鉛釬料。
【背景技術】
[0002] 在釬料合金中，鉛一般是用于稀釋錫以改善流動性及潤濕性的重要金屬。傳統(tǒng)的 釬料主要采用Sn63-Pb37共晶成分作為基礎的合金體系，這種合金共晶溫度為183°C，具有 良好的力學性能和工藝性能，使用歷史悠久，積累了大量的生產(chǎn)和實踐經(jīng)驗。但鉛是一種有 毒的重金屬，當廢棄電子電器填埋處理時，釬料中的鉛遇酸雨或地下水，可轉變成能夠溶于 水的二價鉛離子，從而進入人們的供水鏈，導致鉛中毒。
[0003] 因此，人們逐漸開始研究不含鉛的釬料，目前，已取得了一些成果，得到了一些無 鉛針料。
[0004] 但遺憾的是，目前的無鉛釬料的物理性能還不太理想，例如：潤濕性較差，抗氧化 能力較弱，焊料使用容易發(fā)黃，合金層MC分布不均勻/增長過快等等，有鑒于此，確有必要 提供一種無鉛釬料，其合金層組織分布均勻，而且具有防氧化抑制發(fā)黃的作用，同時潤濕性 好，可靠性優(yōu)越的釬料。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于:針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種無鉛釬料，其合金的組織分 布均勻，而且具有防氧化抑制發(fā)黃的作用，同時潤濕性好，可靠性優(yōu)越。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] -種無鉛釬料，按質量百分比計，所述無鉛釬料由以下成分組成：
[0008] 〇·〇% ~〇.2%Cu; _9] 0.05% ~0.15%Ni;
[0010] 0.006% ~0.05%Ge;
[0011] 余量為Sn。
[0012] 作為本發(fā)明無鉛釬料的一種改進，按質量百分比計，所述無鉛釬料由以下成分組 成：
[0013] 0.3% ~0.7%Cu;
[0014] 0.15% ~0.5%Ni;
[0015] 0.01% ~0.3%Ge;
[0016] 余量為Sn。
[0017] 作為本發(fā)明無鉛釬料的一種改進，按質量百分比計，所述無鉛釬料由以下成分組 成：
[0018] 〇.〇%Cu；
[0019] 〇.〇5%Ni；
[0020] 〇.〇〇7%Ge；
[0021] 余量為Sn。
[0022] 作為本發(fā)明無鉛釬料的一種改進，按質量百分比計，所述無鉛釬料由以下成分組 成：
[0023] 〇.3%Cu；
[0024] 〇.15%Ni；
[0025] 〇.〇3%Ge
[0026] 余量為Sn。
[0027] Sn-Cu釬料價格便宜，但是熔點高、結晶粗糙、爬升不好。Sn-Cu釬料在使用中存氧 化過快，錫渣多、并且容易產(chǎn)生的微連錫的。
[0028] 本發(fā)明通過在釬料中加入0.005 %~0.05 % Ge(鍺），由于鍺具有很強的親氧集膚 效應，能在熔融的釬料表面聚集，形成一層結構細膩、致密的集膚層，由于集膚層的作用，使 無鉛釬料不易被氧化，阻礙釬料的進一步氧化，因此，微量鍺和鎵的加入可以顯著提高釬料 的抗氧化性，抑制其發(fā)黃。
[0029]在無鉛釬料中加入微量的Ge，借助這些微量元素與合金基體的交互作用使其偏析 和富集在液態(tài)合金的表面，形成一層富集的表面吸附層，在高溫條件下，這一富集微量元素 的表面吸附層優(yōu)先與大氣中的氧反應，形成一層致密的表面氧化層，保護熔融液面，阻止液 面繼續(xù)氧化，達到減少合金表層氧化速度的目的。實踐表明：通過在Sn-Cu釬料中加入適量 的Ge可以提高其在焊接溫度為420°C以下的抗氧化能力。
[0030] 此外，Ni也有較高的熔點和抗氧化性，能提高耐熱和熱疲勞性能。
[0031] 此外，本發(fā)明通過加入0.005 %~0.05 %Ge (鍺），可以使得釬料的顯微組織明顯得 到細化，各相分布較為均勻，這是因為金屬間化合物能吸收微量的鍺，從而改變晶體沿著不 同方向生長的速度，使晶粒細化;此外，微量鍺的加入還可以顯著增強釬料的拉伸強度，這 主要是因為釬料的拉伸強度受到鍺添加對釬料的組織細化以及大幅度增加的網(wǎng)狀共晶組 織和彌散分布于晶界處的Cu 6Sn5顆粒強化作用的影響，因此，鍺的添加還能夠顯著改善釬料 的潤濕性，鋪展面積有所增大，潤濕角有所減小，這是因為，鍺的表面活性使其聚集在液態(tài) 釬料表面呈現(xiàn)正吸附。使得液態(tài)釬料表面自由能降低，進而改善釬料的潤濕性能。
[0032]在合金中添加 Ni、和Ge能夠增加釬料的過冷度，有利于合金晶粒的細化，其中，Ni 元素添加后對于改善合金接頭的剪切強度仍然有很好的作用，再加入Ge元素后，對于改善 IMC合金層的細化和抑制生長是有幫助的，對于短時間內合金的抗氧化的性能也有進一步 的改善。
[0033] Ni元素在焊料由液態(tài)冷卻下來的過程中起到了結晶核心的作用，從而改善了釬料 合金的微觀結構，阻止了結晶過程中低熔點相的生成，從而抑制了合金釬料的結晶裂紋的 形成。
[0034]由此可見，本發(fā)明中的各種元素之間相互配合，相輔相成，相互作用，以得到合金 的組織分布均勻、不易發(fā)黃、潤濕性好、力學性能好的無鉛釬料。
【附圖說明】
[0035]圖1為焊錫的尖端的橫截面的圖（其中Ni的含量分別為0、100ppm、600ppm和 1000 ppm)〇
[0036]圖2為Ragone流動性測試試驗的結果圖。
[0037]圖3為使用連續(xù)電化學還原分析方法(SERA)測量得到的對比例1的SnO和SnO2層的 厚度。
[0038]圖4為使用連續(xù)電化學還原分析方法(SERA)測量Ge的含量為27ppm的釬料的SnO和 Sn〇2層的厚度。
[0039]圖5為使用連續(xù)電化學還原分析方法(SERA)測量Ge的含量為82ppm的釬料的SnO和 Sn〇2層的厚度。
【具體實施方式】
[0040] 實施例1
[0041] 按質量百分比計，本實施例提供的無鉛釬料由以下成分組成：
[0042] 〇.〇%Cu；
[0043] 〇.〇5%Ni；
[0044] 〇.〇〇7%Ge；
[0045] 余量為Sn。
[0046] 實施例2
[0047] 按質量百分比計，本實施例提供的無鉛釬料由以下成分組成：
[0048] 〇.2%Cu；
[0049] 〇.15%Ni；
[0050] 〇.〇3%Ge；
[0051 ]余量為Sn。
[0052] 實施例3
[0053]按質量百分比計，本實施例提供的無鉛釬料由以下成分組成：
[0054] 〇.7%Cu；
[0055] 〇.〇5%Ni；
[0056] 〇.〇l%Ge；
[0057] 余量為Sn。
[0058] 實施例4