專利名稱：一種錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，更具體地涉及一種適合用于電子組裝與封裝及電子、電氣設(shè)備、通訊器材、汽車等領(lǐng)域釬焊焊料的無鉛焊料，屬于電子材料及電子制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Sn-Pb合金作為現(xiàn)代電子工業(yè)的主要封接材料，在電子部件的裝配上占著主導(dǎo)地位。雖然Sn-Pb合金具有優(yōu)異的潤濕性及焊接性、導(dǎo)電性、力學(xué)性能、成本低等特點，但是由于Pb及Pb化合物具有毒性，使用不當會污染環(huán)境且損害工人的身體健康，隨著環(huán)境保護法規(guī)的日趨完善和嚴格，禁止使用鉛的呼聲日益高漲。
因此，各國紛紛出臺有關(guān)禁止含鉛焊料在電子產(chǎn)業(yè)中使用的法令。2000年6月美國IPCLead-FreeRoadmap第4版發(fā)表，建議美國企業(yè)界于2001年推出無鉛化電子產(chǎn)品，2004年實現(xiàn)全面無鉛化歐洲則在推動無鉛立法上采取了更為積極的態(tài)度，2003年2月13日，歐盟在其《官方公報》上公布{關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》，正式批準WEEE(WasteElectricalandElectronicEquipment)和Rolls(RestrictionofHazardousSubstances)的官方指令生效，強制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子產(chǎn)品必須為無鉛的電子產(chǎn)品；亞洲方面，日本政府從2003年1月開始全面推行無鉛化，并以“無鉛”牌阻止或限制美、中、韓、臺灣地區(qū)及歐洲有鉛電子產(chǎn)品的進口；中國政府已于2003年3月由信息產(chǎn)業(yè)部擬定《電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理法》自2006年7月1日禁止電子產(chǎn)品含鉛。
在當前的的無鉛焊料中Sn-Ag-Cu系合金具有較好的應(yīng)用前景，得到了美國NEMI、英國DTI、Soldertec等的推薦?；赟n-Ag-Cu系，美國專利4,778,733提出由Sn-Ag(0.05-3％)-cu(0.7-6％)組成的無鉛焊料；美國專利5,527,628敘述了組成為93.6Sn-4.7Ag-I.7Cu的合金；美國專利5,863,493給出了Sn-Ag(2.0-5.0％)-cu(0-2.9％)的無鉛焊料另外，美國專利4,758,407在Sn-AS(0-5.0％)-cu(3.0-5.0％)的基礎(chǔ)上添加元素Ni；美國專利6,179,935則在Sn-As(0-4.0％)-Cu(0-2.0％)的基礎(chǔ)上添加微量元素M和Ge。對于Sn-Ag-Cu系焊料合金來說，綜合性能比較優(yōu)越，但也具有潤濕性較差，合金組織粗大、分布不均勻等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，以優(yōu)化焊料合金的微觀結(jié)構(gòu)，提高焊料的應(yīng)用特性。
本發(fā)明提出的錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，其中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag1.5～4.0Cu0.1～2.0Al0.1～0.5Ni0.01～1.0余量為Sn和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明提出的錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的一般制作方法獲得各種物理形式，如膏、粉、塊、棒、球和絲等，進而進行多種焊接工藝，如再流焊、波峰焊和手工焊等，滿足多種需要。
利用本發(fā)明方法制備的錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，其優(yōu)點一是提高了合金焊料的鋪展率，即焊料在焊接件上的浸潤性好；二是抗氧化性好，無鉛焊料合金中的Ni提高合金的抗氧化性，其中的Al易于在焊料表面形成深的氧化膜，保護合金，焊接時利用溶劑將氧化膜去除，使焊接點結(jié)合強度高，組織均勻，缺陷少；三是焊料的穩(wěn)定性提高，焊料的焊接特性不會惡化。
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Ag可以與Sn基體形成Sn-Ag共晶以降低焊料的熔點、提高焊料的力學(xué)性能，尤其Sn-Ag系焊料與傳統(tǒng)Sn-Pb共晶相比有著優(yōu)異的抗蠕變疲勞性能。如果Ag的加入量少于0.5％，這些作用就將不明顯。加入5.0％以上的Ag會使焊料合金的液相線溫度急劇升高，導(dǎo)致釬焊溫度的升高從而使電子元器件可能會遭受熱損傷。Ag含量優(yōu)選的是1.5～4.0％。添加Cu可以使Sn-Ag-Cu間形成三元共晶以進一步降低焊料的熔點。Cu元素還可以提高Sn-Ag系焊料的浸潤性。Cu元素的存在也可以提高焊料的強度以彌補Sn-Ag焊料強度不足這一缺點。Sn-Ag-Cu共晶焊料也有著更高的強度。并且，當通過在熔融的焊料鍋中浸焊的方式，向敷有銅箔導(dǎo)線的的印刷電路板上釬焊電子元件時，熔融焊料鍋中存在的Cu具有抑制銅箔導(dǎo)線中的銅向熔融焊料鍋擴散的額外作用。Cu含量的優(yōu)選是0.1～2.0％。元素Ni可以抑制Cu向熔融焊料中的溶解，降低Cu向熔融焊料中的溶解速度以及橋連發(fā)生的可能性。Ni控制由于Sn和Cu反應(yīng)的結(jié)果而形成的金屬間化合物如Ct-Sn5和Cu3Sn，并使這些形成的化合物溶解。Al抗氧化微觀機理解析由于Al是面心立方結(jié)構(gòu)，具有各向同性的特征，所以焊料合金在凝固時，Al是以高度彌散的微小質(zhì)點的形式析出并分布于合金基體中，每一個微小質(zhì)點都對周圍一定范圍內(nèi)的合金基體產(chǎn)生抗氧化保護作用。這樣，用較少量的Al，就能起到理想的抗氧化效果。
以下是本發(fā)明的實施例，各實施例可以通過一般方法澆鑄制造，即稱重金屬原料，并在坩堝或熔鍋中在空氣中加熱并攪拌。但是，在空氣中熔化原料金屬，原料金屬及合金中的雜質(zhì)或非金屬物與空氣發(fā)生反應(yīng)，其結(jié)果是可溶性氣體，諸如可溶性氮或氧存留在焊料合金中，降低焊接性能。因此，本發(fā)明的無鉛含量合金最好在真空中或者在惰性氣體中冶煉。
實施例1無鉛焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag3.8，Cu0.3，Al0.1，Ni0.02，余量為Sn。所得焊料合金的固相線溫度為216.13℃，液相線溫度為219.53℃，鋪展率為91.3％。
實施例2無鉛焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag3.5，Cu0.7，Al0.2，Ni0.10，余量為Sn。所得焊料合金的固相線溫度為216.13℃，液相線溫度為219.53℃，鋪展率為91.3％。
實施例3無鉛焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag3.0，Cu1，Al0.3，Ni0.40，余量為Sn。所得焊料合金的固相線溫度為216.96℃，液相線溫度為220.20℃，鋪展率為94.3％。
實施例4無鉛焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag2.0，Cu1.5，Al0.4，Ni0.70，余量為Sn。所得焊料合金的固相線溫度為220.66℃，液相線溫度為223.12℃，鋪展率為87.1％。
實施例5無鉛焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag2.5，Cu1.5，Al0.5，Ni1.00，余量為Sn。所得焊料合金的固相線溫度為219.81℃，液相線溫度為222.47℃，鋪展率為87.7％。
權(quán)利要求
1.一種錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，其特征在于焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag1.5～4.0Cu0.1～2.0Al0.1～0.5Ni0.01～1.0余量為Sn。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錫銀銅鎳鋁系無鉛焊料合金，屬于電子材料及電子制備技術(shù)領(lǐng)域。焊料合金中各化學(xué)成分的重量百分比為Ag1.5～4.0，Cu0.1～2.0，Al0.1～0.5，Ni0.01～1.0，余量為Sn和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明提出的無鉛焊料合金，可以通過一般制作方法獲得各種物理形式，如糊、粉、塊、棒和絲等，進而進行多種焊接工藝，如再流焊、波峰焊和手工焊等，滿足多種需要。本發(fā)明焊料合金的優(yōu)點一是提高了合金焊料的鋪展率；二是抗氧化性好，焊接時利用溶劑將氧化膜去除，使焊接點結(jié)合強度高，組織均勻，缺陷少；三是焊料的穩(wěn)定性提高，焊料的焊接特性不會惡化。
文檔編號C22C13/00GK1718797SQ20051008738
公開日2006年1月11日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者馬莒生 申請人:馬莒生