專利名稱：Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料，屬焊接及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Sn-Pb焊料(共晶成分為Sn-37Pb)以其焊接性能好、在Cu基板上的潤濕性能良好、熔點低、價格便宜等優(yōu)點，長期以來廣泛地運用于現(xiàn)代電子線路板的連接和組裝中。但隨著微細(xì)間距器件的發(fā)展，組裝密度愈來愈高，焊點愈來愈小，而其所承載的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)負(fù)荷則愈來愈重，對可靠性要求日益提高，傳統(tǒng)的Sn-Pb合金由于其抗蠕變性差，剪切強度較低等，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代電子工業(yè)對可靠性的要求。同時，鉛及其化合物屬于有毒物質(zhì)，長期使用會給人類生活環(huán)境和安全帶來較大的危害，歐美及日本等國家都相繼出臺了較為嚴(yán)格的"禁鉛"法令，因此，基于地區(qū)立法、市場競爭及人們對自身健康和生存環(huán)境的關(guān)注，在電子制造業(yè)實行無鉛化已勢在必行。 近年來的不斷研究和挑選，運用比較廣泛的是Sn-Ag， Sn-Cu和Sn-Ag-Cu系無鉛焊料。其中Sn-Ag-Cu被認(rèn)為是最有可能取代傳統(tǒng)Sn-37Pb合金的無鉛焊料。它具有良好的力學(xué)性能以及較大成分范圍的熔化溫度都接近三元共晶溫度，在生產(chǎn)和制備上有很好的可控性。如歐盟推薦的Sn-3. 8Ag-0. 7Cu，美國NEMI推薦的Sn_3. 9Ag_0. 6Cu以及日本JEITA推薦的Sn-3. OAg-0. 5Cu無鉛焊料。但是這些合金存在著熔點高，組織粗大，金屬間化合物易粗化，成本也較高等缺點。這些都在一定程度上限制了該系列合金的推廣應(yīng)用。盡管已有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在Sn-Ag-Cu中加入Cr可以形成致密氧化層，提高合金的抗氧化性能，且具有細(xì)化合金組織的作用。然而，這種Sn-Ag-Cu-Cr焊料的熔點會進一步升高，使得該焊料不能很好地適用于現(xiàn)有的封裝工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有合金焊料的缺陷和不足，提供一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料及其制備方法。本發(fā)明一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料，其特征在于具有以下的各組分
及其重量百分比 Zn 0.50-5.00%， Cr 0.05-1.50%， Ag 2.00-4.00%， Cu 0.50-1.50%， Sn 余量； 各組分金屬原料的純度分別為Zn > 99.99%， Cr > 99.5%， Ag > 99.99%，Cu > 99. 99%， Sn > 99. 99%。 上述的一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料，其特征在于上述合金成分中作為輔助添加的合金元素Zn和Cr的優(yōu)選用量為Zn 1. 00-3. 00%， Cr 0. 05-1. 00%。
本發(fā)明一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料的制備方法，其特征在于具有以 下過程首先按上述配方稱取各組分金屬原料粉體；隨后利用高頻高頻感應(yīng)爐按傳統(tǒng)常規(guī) 的熔制溫度制度進行熔制；先熔制Sn-Cr中間合金，經(jīng)化學(xué)分析得Cr的具體含量后，根據(jù)上 述設(shè)計成分計算并稱取適量的所述Sn-Cr中間合金，并加入到Ag、Cu、Sn和Zn的混合料中， 然后將此混合料進行混合熔煉，最終制成Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料。
本發(fā)明的合金是在Sn-3Ag-0. 5Cu無鉛焊料的基礎(chǔ)上同時添加合金元素Zn和Cr 而制成。 有研究表明，在Sn-Ag-Cu中加入Cr，因其固溶強化和彌散強化，可以改善焊料的 力學(xué)性能，而且能夠有效控制金屬間化合物的生長，使焊料的組織細(xì)化，以及提高焊料的熱 穩(wěn)定性和抗蠕變性能等。同時，添加Zn可以降低焊料的熔點，尤其是在引入Cr后引起的熔 點升高問題得以控制，而且Zn還可以與Cu形成Cu5Zn8金屬間化合物，可以有效減緩Cu6Sn5 和Cu3Sn的長大。而Ag，Cu和Cr的存在，可以有效克服Zn易氧化的缺陷，實現(xiàn)了各元素作 用的優(yōu)勢互補。另外，由于加入的合金元素的價格都比Sn便宜，又在一定程度上減少了貴 金屬Ag的用量，從而降低了焊料的成本。 本發(fā)明的優(yōu)點是，所用的原料均為市場銷售的規(guī)范產(chǎn)品，容易獲得；而且本發(fā)明方 法工藝簡單，操作方便。本發(fā)明制得的焊料可以做成焊條、焊絲、焊片、焊球、焊粉、焊膏等多 種形式的產(chǎn)品，可用于電子封裝或組裝的各個焊接環(huán)節(jié)。


圖1為本發(fā)明以高頻感應(yīng)爐真空熔煉的Sn-Cr中間合金的金相組織照片圖。
圖2為本發(fā)明Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金的金相組織照片圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。
實施例1 五元合金無鉛焊料各組分重量百分比為Zn :1. 0%， Cr :0. 05%， Ag :3. 0%， Cu :0. 5%， Sn為95. 45%。
制備過程如下采用高頻感應(yīng)爐按傳統(tǒng)常規(guī)的熔制溫度制度進行熔制；先熔制
Sn-Cr中間合金，經(jīng)化學(xué)分析得Cr的具體含量后，根據(jù)上述設(shè)計成分計算并稱取適量的所
述Sn-Cr中間合金加入到Ag、Cu、Sn和Zn的混合料中，然后將此混合料進行混合熔煉，最終
制成Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料。 實施例2 各組分重量百分比Zn :0. 5%， Cr :0. 05%， Ag :3%， Cu :0. 5%， Sn為95. 95%。 其制備方法同實施例l。 實施例3 各組分重量百分比Zn :1. 5%， Cr :0. 1%， Ag :2. 5%， Cu :0. 5%， Sn為95. 40%。
其制備方法同實施例l。 實施例4 各組分重量百分比 Zn :2%， Cr :0. 5%， Ag :3%， Cu :1%， Sn為93. 50%。 其制備方法同實施例l。 實施例5 各組分重量百分比 Zn :3%， Cr :1%， Ag :3%， Cu :1. 5%， Sn為91. 50%。 其制備方法同實施例l。 實施例6 各組分重量百分比 Zn :3%， Cr :1. 5%， Ag :3. 5%， Cu :0. 5%， Sn為91. 50%。 其制備方法同實施例l。 比較例1 各組分重量百分比 Ag :3%， Cu :0. 5%， Sn為96. 50% 比較例2 各組分重量百分比 Ag :3%， Cu :0. 5%， Cr :0. 05%， Sn為96. 45% 本發(fā)明實施例1和比較例1，比較例2的熔點和鑄態(tài)組織的比較數(shù)據(jù)如表1所示 表l
成分(wt. % )熔點(°c )鑄態(tài)組織
實施例1Sn-3Ag-0. 5Cu-lZn-0. 05Cr213-219細(xì)小、均勻
比較例1Sn-3Ag-0. 5Cu220粗大
比較例2Sn-3Ag-0. 5Cu-0. 05Cr218-225較細(xì) 熔點的測定是稱取7. Omg左右的合金，利用差示掃描量熱儀(DSC)在氬氣保護氣 氛下，設(shè)定升溫速率為10°C /min，有效記錄溫度區(qū)間為15(TC _260°C 。
本發(fā)明實施例中熔煉所得的中間合金Sn-Cr的金相組織參見圖1。
本發(fā)明實施例中所得的Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金的金相組織參見圖2。
權(quán)利要求
一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料，其特征在于具有以下金屬元素的組分及其重量百分比Zn0.50-5.00％，Cr 0.05-1.50％，Ag2.00-4.00％，Cu 0.50-1.50％，Sn余量；各組分金屬原料的純度分別為Zn≥99.99％，Cr≥99.5％，Ag≥99.99％，Cu≥99.99％，Sn≥99.99％。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料，其特征在于上述合金成分中作為輔助添加的合金元素Zn和Cr的優(yōu)選用量為Zn 1.00-3.00%， Cr0. 05-1. 00%。
3. —種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料的制備方法，其特征在于具有一下過程首先按上述配方稱取各組分金屬原料粉體；隨后利用高頻高頻感應(yīng)爐按傳統(tǒng)常規(guī)的熔制溫度制度進行熔制；先熔制Sn-Cr中間合金，經(jīng)化學(xué)分析得Cr的具體含量后，根據(jù)上述設(shè)計成分計算并稱取適量的所述Sn-Cr中間合金，并加入到Ag、Cu、Sn和Zn的混合料中，然后將此混合料進行混合熔煉，最終制成Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料，屬焊接及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的合金無鉛焊料，特征在于具有以下的合金元素組分及其重量百分比Zn 0.50-5.00％，Cr 0.05-1.50％，Ag 2.00-4.00％，Cu 0.50-1.50％，Sn余量。各組分金屬原料的純度為99.99％。五元合金無鉛焊料的制備方法如下利用高頻感應(yīng)爐按傳統(tǒng)常規(guī)的熔制溫度制度進行熔制；先熔制Sn-Cr中間合金，經(jīng)化學(xué)分析得Cr的具體含量后，根據(jù)設(shè)計成分計算并稱取適量的所述Sn-Cr中間合金，并加入到Ag、Cu、Sn和Zn的混合料中，然后將此混合料進行混合熔煉，最終制成Sn-Ag-Cu-Zn-Cr五元合金無鉛焊料。該焊料的熔點較低、可細(xì)化合金組織、有效抑制金屬間化合物的過度生長、且成本低，具有實用價值。
文檔編號B23K35/26GK101733577SQ20091019958
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者張慶, 王春燕, 蘇國彪, 鞠國魁, 韋習(xí)成, 韓永久 申請人:上海大學(xué)