專利名稱：：一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無鉛焊料的制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，特指一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：長期以來，近共晶Sn-Pb焊料(共晶成分為Sn-37Pb)以其焊接性能好，在Cu基上的潤濕性能良好，熔點低，價格也較適宜而一直被廣泛地運用于現(xiàn)代電子線路板的連接和組裝中。但由于Pb及其化合物的劇毒性對人類健康和生活環(huán)境的危害，人類如果長期接觸會給生活環(huán)境和安全帶來較大的危害?，F(xiàn)存的含鉛焊料的替代品問題已破在眉睫。作為一種新型的無鉛電子封裝焊料，應(yīng)具有工藝性能好、工藝良品率高、焊點可靠性好、成本低廉，無毒性等特點。根據(jù)以上要求，目前大多數(shù)的無鉛焊料都是以Sn為基礎(chǔ)成分來發(fā)展的，主要有Sn-Ag系,Sn-Zn系，Sn-Bi系,Sn-Cu系四大體系中。這些體系中大多加入了Bi，In,Al,Ag，Cu,Mg，Cr，Ni,Mn和Re等合金元素構(gòu)成三元或四元合金等焯料。Sn-Zn系焊料的優(yōu)點為熔點較低、延展性和抗抗強度及蠕變性能都與傳統(tǒng)的錫鉛焊料相似，成本較低，目前主要存在的問題就是焊料的濕潤能力差。Sn-Bi系焊料可以實現(xiàn)很低的熔點，但是其可靠性限制了其適用范圍。Sn-Cu系焊料雖然熔點比較高(227。C)，但是以Sn-Ag-Cu系為代表的無鉛焊料因具有優(yōu)異的焊接性能、力學(xué)性能、抗氧化性能等而成為目前使用最廣的無鉛焊料。但Sn-Ag-Cu系因為含有貴重的銀而成本太高，越來越多的無銀Sn-Cu系焊料的研發(fā)應(yīng)用得到迅猛的發(fā)展。如中國專利CN101014726提出了一種含鈷的Sn-Cu焊料；專利CN1721123提出了一種含鈰、鎳元素的Sn-Cu焊料；專利CN1806997提出了含鎳、銦、磷的Sn-Cu焊料；這些專利所保護的焊料在焊接性能尤其是熔點沒有優(yōu)越性。而中國專利CN1927525提出了含有很高比例鉍元素的Sn-Cu焊料可以實現(xiàn)較低的熔點，但是高鉍含量所帶來的脆性則不容忽視。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于針對上述的缺點，提供一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料及3其制備方法，借助合金化元素鉍顯著降低熔點的同時，鎳與鈰的共同作用使得焊料不僅具有良好的焊接性能、機械力學(xué)性能，更具有成本低廉的優(yōu)勢。一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料，其特征在于由錫、鉍、銅、稀土元素鈰及鎳組成，按重量百分比計，含鉍16.5%、含銅0.50.8%、含鈰0.010.1%、含鎳0.010.2%，余量為錫。上述的一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料，其特征在于鉍含量優(yōu)選為5%，銅含量優(yōu)選為0.7%，鈰含量優(yōu)選為0.1%，鎳含量優(yōu)選為0.15%，余量為錫。上述無銀的錫鉍銅系無鉛焊料的制備方法，具體步驟如下1.借助惰性氣體保護爐或在真空爐內(nèi)熔化按比例稱重的精錫錠，然后加入稱量好的合金元素銅，待合金完全熔化澆注成Sn-Cu中間合金錠。2.借助惰性氣體保護爐或在真空爐內(nèi)熔化按比例稱重的精錫錠，然后加入稱量好的合金元素鈰，待合金完全熔化澆注成Sn-Ce中間合金錠。3.借助惰性氣體保護爐或在真空爐內(nèi)熔化按比例稱重的精錫錠，然后加入稱量好的合金元素鎳，待合金完全熔化澆注成Sn-Ni中間合金錠。4.按比例稱取精錫錠、純鉍、及按照步驟1至3制備的Sn-Cu、Sn-Ce、Sn-Ni中間合金錠，先將錫錠熔化，然后再依次加入純鉍、Sn-Cu、Sn-Ce、Sn-Ni中間合金錠，待完全熔化且成分均勻后澆注成焊料錠或其他形狀的焊料坯料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)勢和改進成果。1.適中的鉍元素加入量，比未添加鉍元素的Sn-Cu系無鉛焊料具有更低的熔點。2.適中的Bi元素加入量，可以避免因高鉍元素加入量所帶來的脆性、塑性及可靠性的下降。3.加入適量的鈰元素，可以使合金的顯微組織得到細化，在機械和力學(xué)性能上得到提高，但對焊料合金的熔點和潤濕性不會帶來影響。4.加入適量的鎳元素，在對熔點則沒有明顯的影響的前提下，顯著提高焊料合金的機械和力學(xué)性能。5.由于合金中沒有貴金屬Ag等的加入，以及Bi元素加入量的降低，都使得焊料合金的成本得到降低，因此本焊料合金在各方面性能及生產(chǎn)成本上具有綜合性能上優(yōu)勢。6.中間合金采用重量百分比Sn-10。/。Cu、Sn-2.5%Ce、Sn-l。/。Ni配比，方便目標焊料成分的精確配料。具體實施例方式在真空或惰性氣氛保護條件下熔煉中間合金。中間合金的制備方法如下錫銅中間合金將含錫為99.9%的精錫和含銅為99.95%的精銅按9:1的質(zhì)量比配制。錫鈰中間合金將含錫為99.9%的精錫和含鈰為99.5%的純鈰按97.5:2.5的質(zhì)量比配制。錫鎳中間合金將含錫為99.9%的精錫和含鎳為99.99%的電解鎳按99:1的質(zhì)量比配制。制備完成中間合金后，通過中間合金制備本發(fā)明的最終產(chǎn)品。按照本發(fā)明的成分配比表稱取純錫、純鉍、錫銅中間合金、錫鈰中間合金、錫鎳中間合金，將純錫熔化后加入稱量好的純鉍、錫銅中間合金、錫鈰中間合金、錫鎳中間合金，并升溫至40(TC進行熔煉，經(jīng)充分攪拌后澆入鋼模鑄成焊料合金錠。實施例1按照本發(fā)明的無鉛焊料成分配比表1所示的3號焊料。按照合計配料1000克，則稱取SnCulO中間合金70克，純鉍10克，SnCe2.5中間合金8克，SnNil中間合金30克，余量錫料882克。按照先熔化純錫及鉍，后添加中間合金的原則可以方便的制備出目標焊料。該無銀的無鉛焊料熔點約22rc，鋪展性與廣泛使用的SnAg3Cu0.5焊料相當，力學(xué)性能更優(yōu)，焊點拉伸及剪切強度均更優(yōu)。實施例2按照本發(fā)明的無鉛焊料成分配比表1所示的4號焊料。按照合計配料1000克，則稱取SnCulO中間合金65克，純鉍30克，SnCe2.5中間合金12克，SnNil中間合金60克，余量錫料833克。按照先熔化純錫及鉍，后添加中間合金的原則可以方便的制備出目標焊料。該無銀的無鉛焊料熔點約218。C，鋪展性與廣泛使用的含銀SnAg3Cu0.5焊料相當，力學(xué)性能更優(yōu)，焊點拉伸及剪切強度均更優(yōu)。實施例3按照本發(fā)明的無鉛焊料成分配比表1所示的5號焊料。按照合計配料1000克，則稱取SnCulO中間合金55克。純鉍50克。SnCe2.5中間合金24克，SnNil中間合金120克，全量錫料751克。按照先熔化純錫及鉍后添加中間合金的原則可以方便制備出目標焊料。該無銀的無鉛焊料熔點約215'C。鋪展性與廣泛使用的含銀SnAg3Cu0.5焊料相當，力學(xué)性能更優(yōu)，焊點拉伸及剪切強度均更優(yōu)。表l本發(fā)明的無鉛焊料成分配比表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>將上述實施案例根據(jù)國家標準GB斤20422-2006進行測試，各項性能指標如下(表2):<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料，其特征在于由錫、鉍、銅、稀土元素鈰及鎳組成，按重量百分比計，含鉍1～6.5％、含銅0.5～0.8％、含鈰0.01～0.1％、含鎳0.01～0.2％，余量為錫。2、根據(jù)權(quán)利要求所述的一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料，其特征在于鉍含量為5%，銅含量為0.7%，鈰含量為0.1%，鎳含量為0.15%，余量為錫。3、權(quán)利要求1所述的一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料的制備方法，其特征在于(1)借助惰性氣體保護爐或在真空爐內(nèi)熔化按比例稱重的精錫錠，然后加入稱量好的合金元素銅，待合金完全熔化澆注成Sn-Cu中間合金錠；(2)借助惰性氣體保護爐或在真空爐內(nèi)熔化按比例稱重的精錫錠，然后加入稱量好的合金元素鈰，待合金完全熔化澆注成Sri-Ce中間合金錠；(3)借助惰性氣體保護爐或在真空爐內(nèi)熔化按比例稱重的精錫錠，然后加入稱量好的合金元素鎳，待合金完全熔化澆注成Sn-Ni中間合金錠；(4)按比例稱取精錫錠、純鉍、及按照步驟1至3制備的Sn-Cu、Sn-Ce、Sn-Ni中間合金錠，先將錫錠熔化，然后再依次加入純鉍、Sn-Cu、Sn-Ce、Sn-Ni中間合金錠，待完全熔化且成分均勻后澆注成焊料錠或其他形狀的焊料坯料。4、權(quán)利要求3所述的一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料的制備方法，其特征在于錫銅中間合金是將含錫為99.9%的精錫和含銅為99.95%的精銅按9:1的質(zhì)量比配制。5、權(quán)利要求3所述的一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料的制備方法，其特征在于錫鈰中間合金是將含錫為99.9%的精錫和含鈰為99.5%的純鈰按97.5:2.5的質(zhì)量比配制。6、權(quán)利要求3所述的一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料的制備方法，其特征在于-錫鎳中間合金將含錫為99.9%的精錫和含鎳為99.99%的電解鎳按99:1的質(zhì)量比配制。全文摘要一種無銀的錫鉍銅系無鉛焊料及其制備方法，涉及無鉛焊料的制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，由錫、鉍、銅、稀土元素鈰及鎳組成，按重量百分比計，含鉍1～6.5％、含銅0.5～0.8％、含鈰0.01～0.1％、含鎳0.01～0.2％，余量為錫，按比例稱取精錫錠、純鉍、及Sn-Cu、Sn-Ce、Sn-Ni中間合金錠，先將錫錠熔化，然后再依次加入純鉍、Sn-Cu、Sn-Ce、Sn-Ni中間合金錠，待完全熔化且成分均勻后澆注成焊料錠或其他形狀的焊料坯料。本發(fā)明提供的無銀的錫鉍銅系無鉛焊料不僅具有良好的焊接性能、機械力學(xué)性能，更具有成本低廉的優(yōu)勢。文檔編號C22C1/03GK101564803SQ20081002247公開日2009年10月28日申請日期2008年7月15日優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日發(fā)明者嚴學(xué)華,李建新,賀楊,程曉農(nóng),薛涌波,趙國平,高學(xué)功,黃錦波申請人:廣州冶煉廠