專利名稱：一種錫鋅銅鎳無鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，屬電子元器件焊接用合金材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有無鉛焊料典型的是錫銀系列合金，Sn3.5Ag是錫銀共晶合金，具有最低的熔化溫度221℃，但銀價(jià)昂貴，而為了降低其熔化溫度，可加入大量的鉍(Bi)和/或銦(In)，但鉍的加入使合金變得硬而脆，不僅使加工困難，而且使釬焊接頭不能耐受沖擊，易于開焊，而銦的加入，因其儲(chǔ)量有限，價(jià)格高昂而使成本變得難以接受。
另一種傳統(tǒng)的無鉛焊料是錫銻系列合金，在錫銻合金中，Sn5Sb具有最低的熔化溫度，但其固相線為235℃，液相線為240℃，降低熔點(diǎn)的辦法和帶來的弊端與錫銀合金系列完全一樣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能有效提高焊接性能和電子元器件電氣機(jī)械性能的錫鋅銅鎳無鉛焊料。
本發(fā)明為一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，包括錫，鋅，銅等，其特征在于還同時(shí)包括鎳，各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為鋅(Zn)2～6.5％，銅(Cu)0.5～3.5％，鎳(Ni)0.01～1％，總量不大于0.2％的雜質(zhì)，其余為錫(Sn)，各組份的重量百分比總和為100％。
所述鋅(Zn)的含量?jī)?yōu)選可為5～6％。所述銅(Cu)的含量?jī)?yōu)選可為0.5～2.5％。所述鎳(Ni)的含量?jī)?yōu)選可為0.05～0.5％。
所述雜質(zhì)中各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為銻(Sb)≤0.05％，鐵(Fe)≤0.05％，鉍(Bi)≤0.05％，鋁(Al)≤0.05％，鉛(Pb)≤0.04％，鎘(Cd)≤0.002％，砷(Cs)≤0.02％。
錫鋅合金作為一種無鉛焊料，其強(qiáng)度隨著鋅含量的增加而提高。如果Zn的含量低于2％或高于9％，合金的液相線溫度都會(huì)迅速升高。據(jù)研究，在鋅含量為6.5％時(shí)，其合金具有較好的焊接性能。所以，本發(fā)明確定鋅的含量為2％～6.5％，優(yōu)選含量為5～6％。
在錫鋅合金中加入銅，可以改善其機(jī)械強(qiáng)度和延伸性，同時(shí)，銅的加入可以抑制銅箔或銅導(dǎo)線中銅向釬焊合金的熔出，從而使釬焊合金在采用浸焊工藝時(shí)，保持其成份的穩(wěn)定，并且使焊接接頭產(chǎn)生一個(gè)合理的銅的濃度梯度，改善其導(dǎo)電性能，銅的加入還改善了整個(gè)無鉛焊料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。但當(dāng)銅的加入量少于0.5％時(shí)，效果不夠顯著，而Cu含量過大時(shí)，由于脆性錫銅化合物的產(chǎn)生，反而導(dǎo)致合金強(qiáng)度降低，當(dāng)Cu含量大于3.5％時(shí)，又使合金的熔點(diǎn)急劇升高，所以，本發(fā)明確定銅的含量為0.5～3.5％，優(yōu)選含量為0.5～2.5％。
在錫鋅合金中加入鎳，可細(xì)化合金凝固組織中的晶粒，有效改善Sn-Zn合金中的力學(xué)性能，提高抗蠕變性能。但如果Ni含量小于0.01％，其效果不明顯，如果Ni含量大于1％，合金的液相線急劇升高，使釬焊溫度升高，從而使電子元件遭受熱損傷，所以本發(fā)明確定鎳(Ni)的含量為0.01～1％，優(yōu)選含量為0.05～0.5％。
雜質(zhì)含量的控制錫鋅銅鎳合金中含有銻，將嚴(yán)重影響合金的加工性能，使合金變脆，斷后延伸率下降，因而應(yīng)限制在0.05％以下；鐵的存在，將產(chǎn)生硬脆相的金屬間化合物，同樣嚴(yán)重影響合金的機(jī)械性能和可加工性能，應(yīng)限制在0.05％以下；鉍的存在雖然可降低合金熔點(diǎn)，但對(duì)合金的可加工性產(chǎn)生不良影響，同樣限制在0.05％以下；鋁的存在使合金可焊性下降，氧化物夾雜增加，應(yīng)限制在0.05％以下；鉛、鎘和砷都是劇毒物質(zhì)，本發(fā)明作為無鉛焊料，本身就是為了避免鉛對(duì)人體的毒害，同樣不能允許鎘和砷的大量存在，對(duì)這三種成份的限制按重量百分比為鉛(Pb)≤0.04％、鎘(Cd)≤0.002％、砷(Cs)≤0.02％，而上述雜質(zhì)的總和應(yīng)≤0.2％。
本發(fā)明針對(duì)電子元器件對(duì)無鉛焊料的性能要求，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及多次試驗(yàn)比較，通過在焊料組合物中加入微量鎳，使之具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、優(yōu)選組分液相線溫度低于225℃；2、良好的可焊性；3、固液相線的溫度差不超過20℃，使其在釬焊后可以較快的凝固，以防止在凝固過程中受到振動(dòng)致使釬焊接頭開裂；4、足夠的延伸性，易于加工；5、不含貴重金屬銀，價(jià)格相對(duì)較低。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例中各組份的組成按重量百分比計(jì)，分別為實(shí)施例1鋅(Zn)5％、銅(Cu)1％、鎳(Ni)0.05％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例2鋅(Zn)2％、銅(Cu)3％、鎳(Ni)0.8％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例3鋅(Zn)3％、銅(Cu)1.5％、鎳(Ni)0.4％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例4鋅(Zn)4％、銅(Cu)2.5％、鎳(Ni)0.01％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例5鋅(Zn)5％、銅(Cu)0.5％、鎳(Ni)0.3％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例6鋅(Zn)6％、銅(Cu)0.7％、鎳(Ni)0.1％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例7鋅(Zn)6.5％、銅(Cu)3.5％、鎳(Ni)0.5％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
實(shí)施例8鋅(Zn)6.5％、銅(Cu)3.5％、鎳(Ni)1％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
對(duì)比例鋅(Zn)6.5％、銅(Cu)3.5％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.2％的雜質(zhì)。
將上述各實(shí)施例與對(duì)比例制備的無鉛焊料進(jìn)行測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)列表如下

由上述實(shí)施例可見，優(yōu)選的組份保證了合金熔點(diǎn)在本發(fā)明的設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)，而其固液相線間的溫差甚小，適合于作為軟釬焊材料使用，并為在不同領(lǐng)域不同性能要求的使用場(chǎng)合，選擇不同的配比，提供了參考。
本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)不同性能要求及使用場(chǎng)合，選擇上述實(shí)施例中的不同配比，或除上述各實(shí)施例以外的不同配比，但均不以任何形式限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，包括錫，鋅，銅，其特征在于還同時(shí)包括鎳，各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為鋅2～6.5％，銅0.5～3.5％，鎳0.01～1％，總量不大于0.2％的雜質(zhì)，其余為錫，各組份的重量百分比總和為100％。
2.按權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，其特征在于所述鋅的含量為5～6％。
3.按權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，其特征在于所述銅的含量為0.5～2.5％。
4.按權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，其特征在于所述鎳的含量為0.05～0.5％。
5.按權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，其特征在于所述雜質(zhì)中各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為銻≤0.05％，鐵≤0.05％，鉍≤0.05％，鋁≤0.05％，鉛≤0.04％，鎘≤0.002％，砷≤0.02％。
全文摘要
一種錫鋅銅鎳無鉛焊料，屬電子元器件焊接用合金材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，包括錫，鋅，銅，鎳，各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為鋅(Zn)2～6.5％，銅(Cu)0.5～3.5％，鎳(Ni)0.01～1％，總量不大于0.2％的雜質(zhì)，其余為錫(Sn)，各組份的重量百分比總和為100％；鋅(Zn)的含量?jī)?yōu)選為5～6％，銅(Cu)的含量?jī)?yōu)選為0.5～2.5％，鎳(Ni)的含量?jī)?yōu)選為0.05～0.5％。本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果優(yōu)選組分液相線溫度低于225℃；良好的可焊性；固液相線的溫度差不超過20℃，使其在釬焊后可以較快的凝固，以防止在凝固過程中受到振動(dòng)致使釬焊接頭開裂；足夠的延伸性，易于加工；不含貴重金屬銀，價(jià)格相對(duì)較低。
文檔編號(hào)B23K35/26GK101049659SQ200710068560
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者戴國(guó)水 申請(qǐng)人:戴國(guó)水