專利名稱：含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有自釬性的銀釬料，特別是涉及一種具有良好的流動性和潤濕性、焊點強度高、可替代現(xiàn)有替代BAg65CuZn，BAg60CuZn等釬料，適用于焊接微小型電器組件的微小型觸點，且無需使用釬劑，具有“自釬性能”的銀釬料，屬于金屬材料類的釬焊材料。
背景技術(shù)：
目前使用的BAg65Cu&i，BAg60CuZn釬料，由于其化學成分中僅含Ag、Cu、Si元素， 雖然在配合助焊劑(如FB102釬劑)時釬焊性能優(yōu)良，但是滿足不了許多特殊釬焊結(jié)構(gòu)、特殊形狀及特殊尺寸(如微小型電器組件的微小型觸點)釬焊的需要，此類“封裝”器件，在釬焊完成后，焊點殘留的“釬劑殘渣”處于封裝器件的內(nèi)部，無法進行清洗或清除?！扳F劑殘渣” 如果不清除，則會導(dǎo)致焊點的電性能下降甚至焊點短路。因此，必須采用具有“自釬性能”的銀釬料，即在釬焊時不使用釬劑，依靠銀釬料自身的“去膜性能”去除釬焊部位的氧化膜，從而實現(xiàn)釬焊連接。本項發(fā)明“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”，即是在這種技術(shù)背景下完成的。發(fā)明內(nèi)容
本項發(fā)明的任務(wù)是提供一種比BAg65Cuai，BAg60CuZn釬料性能更為優(yōu)良即具有 “自釬性能”的銀釬料，能滿足微小型電器組件的微小型觸點釬焊需要的釬料。
本發(fā)明的的含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料，化學成分按質(zhì)量百分數(shù)配比是 45. 0% 62. 0% 的 Ag, 9% 13% 的 Zn, 1. 0% 3. 0% 的 P, 0. 001% 0. 01% 的 Nd, 0. 001% 0. 01% 的 Zr，0. 001% 0. 01% 的 Ga,其余為 Cu。
解決上述問題的技術(shù)方案是，1)、使用市售的白銀、電解銅、磷銅合金、金屬鎵、金屬釹、鋯銅合金，按需要配比，采用常規(guī)的中頻冶煉爐冶煉、澆鑄，然后通過擠壓、拉拔，即得到所需要的釬料絲材；2)、根據(jù)生產(chǎn)需要，可將金屬鎵、金屬釹分別預(yù)先冶煉成合金，然后加入冶煉爐中冶煉、澆鑄，再通過擠壓、拉拔，即得到所需要的釬料絲材；或通過多道軋制工序，制備成所需厚度、寬度的薄帶。
本項發(fā)明主要解決了下述兩個關(guān)鍵技術(shù)問題1)研制開發(fā)出的含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料，釬焊時流動性好、潤濕性好，焊點強度高。通過優(yōu)化“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”的化學成分，使新發(fā)明的銀釬料除可制備為絲材外，還可制備成各種厚度和寬度的薄帶；2)通過在銀釬料中加入微量的釹、鋯和鎵元素，同時加入適量的磷，使得銀釬料在紫銅、 黃銅、以及鎳基合金上的具有很好的“自釬性能”，同時還能保證銀釬料具有良好的的塑性和綜合力學性能。
由于新釬料除具有流動性好、潤濕性好，焊點強度高等特點外，還具有很好的“自釬性能”，特別適用于微小型電器組件的微小型觸點的“無釬劑”焊接，解決了復(fù)雜電器組件焊點難以清洗的問題。使用火焰釬焊方式，不使用釬劑，釬焊材料為下列組合紫銅一黃銅、3紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時，釬焊接頭力學性能分別為Ob= 185 365MPa，τ = 180 355MPa，與BAg65Cu&i，BAg60Cu&i釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、 紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學性能相當。
說明附圖
一無。
具體實施方式
與以往研究相比，本發(fā)明的創(chuàng)造性在于1、研究發(fā)現(xiàn)了銀釬料中微量的釹、鋯、鎵元素對“低磷含量”銀釬料“自釬性”的影響規(guī)律-即銀釬料中釹、鋯、鎵元素含量分別控制在0. 001% 0. 01%的范圍內(nèi)時，能使1. 0% 3. 0%的P具有良好的“自釬性能”。
由現(xiàn)行有效版本GB/T 6418-2008《銅基釬料》表4可知銅基釬料中P含量為 4. 8% 8. 1%時，即Cu-P系列釬料在釬焊紫銅時具有“自釬性”，不需要使用助焊劑(即釬劑)，但是目前國內(nèi)外尚無關(guān)于P含量小于或等于3%的具有“自釬性”的銀釬料的報道。
本發(fā)明的創(chuàng)造性工作在于研究發(fā)現(xiàn)了當釹、鋯、鎵元素共同作用時，即釹、鋯、鎵元素同時加入成分范圍為45. 0% 62. 0%的Ag，9. 0% 13. 0%的Zn，1. 0% 3. 0%的P，其余為Cu的銀釬料時，銀釬料具有很好的“自釬性能”。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，Ag-Cu-Zn釬料中P 的含量應(yīng)該控制在1. 0% 3. 0%范圍最佳。低于1. 0%或高于3. 0%均會對釬焊接頭的力學性能產(chǎn)生不利影響，即會使焊點強度降低。因此，控制Ag-Cu-Si釬料中P的含量在1. 0% 3. 0%范圍內(nèi)，是本發(fā)明的關(guān)鍵點之一。
本發(fā)明的另一創(chuàng)造性工作在于研究發(fā)現(xiàn)了銀釬料中微量的釹、鋯、鎵元素含量必須分別控制在0. 001% 0. 01%的范圍內(nèi)時，才能使Ag-Cu-ai釬料在P含量為1. 0% 3. 0% 時，具有良好的“自釬性能”，這與已有的研究結(jié)果有顯著的區(qū)別。已有的研究都是認為稀土元素的含量上限可以達到0. 1%以上甚至更高，但是，作為以提高“銀釬料自釬性”為目的的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果稀土元素超過0.01%,就會使“銀釬料自釬性”迅速降低。
2、研究發(fā)現(xiàn)了銀釬料中，只有同時加入微量的釹、鋯、鎵元素時，對P含量為 1. 0% 3. 0%的Ag-Cu-ai釬料“自釬性能”才能產(chǎn)生良好的效果。
研究發(fā)現(xiàn)，采用與Nd元素相近的Ce、Er元素替代Nd時，新發(fā)明的銀釬料“自釬性能”迅速下降，釬縫接頭強度較加Nd元素時下降15% 30% ；當采用與ττ “同族”的Ti或 Hf元素替代^ 時，自釬性能”下降導(dǎo)致新發(fā)明的銀釬料流動性、潤濕性變差，平均“鋪展面積”較加ττ元素時降低30%以上；當采用h元素替代( 時，“自釬性能”下降導(dǎo)致新發(fā)明的銀釬料流動性、潤濕性變差，平均“鋪展面積”較加( 元素時降低45%以上。因此，通過大量的“篩選”、“優(yōu)化”試驗，最后確定了具有“良好自釬性能”的Ag-Cu-Zn-P-NcHr-Ga銀釬料。經(jīng)過實際釬焊試驗證明，本發(fā)明的釬料可適用于火焰釬焊、電阻釬焊、感應(yīng)釬焊等方式釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金等組合材料，且無需添加助焊劑(如 FB102釬劑)，可得到性能優(yōu)良的釬焊接頭。
如使用火焰釬焊方式，使用新發(fā)明的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”，不使用釬劑，釬焊下列組合材料紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時，釬焊接頭力學性能分別為σ b = 185 365MPa，τ = 180 !355MPa，與 BAg65CuZn，BAg60CuZn 釬料配合助焊劑(如FB102釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學4性能相當。
根據(jù)本發(fā)明的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”的質(zhì)量配方比，敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
具體實施方式
一45. 0% 的 Ag, 13. 0% 的 Zn, 1. 0% 的 P, 0. 01% 的 Nd, 0. 01% 的 Zr, 0. 001% 的 Ga，其余為 Cu。上述成分配比得到的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”使用火焰釬焊方式，不使用釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強度見括號內(nèi)數(shù)據(jù)紫銅一黃銅(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫銅一鎳基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黃銅一鎳基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，與 BAg65Cu&i，BAg60Cuai釬料配合助焊劑(如 FB102 釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學性能相當。
具體實施方式
二 62. 0% 的 Ag, 9. 0% 的 Zn, 3. 0% 的 P, 0. 001% 的 Nd, 0. 001% 的 Zr, 0. 01% 的 Ga，其余為 Cu。上述成分配比得到的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”使用火焰釬焊方式，不使用釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強度見括號內(nèi)數(shù)據(jù)紫銅一黃銅(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫銅一鎳基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黃銅一鎳基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，與 BAg65Cu&i，BAg60Cuai釬料配合助焊劑(如 FB102 釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學性能相當。
具體實施方式
三50. 0% 的 Ag, 12. 0% 的 Zn, 2. 0% 的 P, 0. 01% 的 Nd, 0. 005% 的 Zr, 0. 008% 的 Ga，其余為 Cu。上述成分配比得到的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”使用火焰釬焊方式，不使用釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強度見括號內(nèi)數(shù)據(jù)紫銅一黃銅(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫銅一鎳基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黃銅一鎳基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，與 BAg65Cu&i，BAg60Cuai釬料配合助焊劑(如 FB102 釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學性能相當。
具體實施方式
四60. 0% 的 Ag, 11. 0% 的 Zn, 1. 5% 的 P, 0. 003% 的 Nd, 0. 008% 的 Zr, 0. 005% 的 Ga,其余為Cu。上述成分配比得到的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”使用火焰釬焊方式，不使用釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強度見括號內(nèi)數(shù)據(jù)紫銅一黃銅(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫銅一鎳基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黃銅一鎳基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，與 BAg65Cu&i，BAg60Cuai釬料配合助焊劑(如 FB102 釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學性能相當。
具體實施方式
五58. 0% 的 Ag, 10. 0% 的 Zn, 2. 5% 的 P, 0. 008% 的 Nd, 0. 003% 的 Zr, 0. 005% 的 Ga,其余為Cu。上述成分配比得到的“含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料”使用火焰釬焊方式，不使用釬劑，釬焊母材為下列組合時的釬縫強度見括號內(nèi)數(shù)據(jù)紫銅一黃銅(= 210士25MPa，τ =200士30MPa)、紫銅一鎳基合金(ob = 210士25MPa，τ = 200士30MPa)、黃銅一鎳基合金 (σ b = 330 士 25MPa，τ = 325 士 30MPa)，與 BAg65Cu&i，BAg60Cuai釬料配合助焊劑(如 FB102 釬劑)釬焊紫銅一黃銅、紫銅一鎳基合金、黃銅一鎳基合金時的釬焊接頭力學性能相當。
權(quán)利要求
1. 一種含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分數(shù)配比是45. 0% 62. 0% 的 Ag, 9. 0% 13. 0% 的 Zn, 1. 0% 3. 0% 的 P, 0. 001% 0. 01% 的 Nd, 0. 001% 0. 01% 的 Zr,0. 001% 0. 01% 的 Ga，其余為 Cu。
全文摘要
一種含釹、鋯和鎵的自釬性銀釬料，其特征在于，按質(zhì)量百分數(shù)配比是45.0%～62.0%的Ag，9.0%～13.0%的Zn，1.0%～3.0%的P，0.001%～0.01%的Nd，0.001%～0.01%的Zr，0.001%～0.01%的Ga，其余為Cu。本發(fā)明特別適用于焊接微小型電器組件的微小型觸點時，無需使用釬劑，解決了復(fù)雜電器組件焊點難以清洗的問題。
文檔編號B23K35/30GK102513727SQ20111044665
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者薛松柏, 薛鵬 申請人:南京航空航天大學