專利名稱：一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊料，尤其涉及一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對電子產(chǎn)品的要求也越來越高，電子產(chǎn)品所用的焊料種類很多，但大多數(shù)仍使用Sn-Pb焊料合金，由于錫鉛焊料含鉛對環(huán)境有污染，且對人體有害，大多數(shù)國家早已禁止使用含鉛焊料。而現(xiàn)有的無鉛焊料多數(shù)為Sn-Ag、Sn-Cu, Sn-Ag合金，Sn-Ag-Cu等，其缺點是有的熔點較高，有的成本較高，如焊料中采用的Ag元素過高，大大的提高了生產(chǎn)的成本，同時在潤濕性方面的性能也較差?，F(xiàn)有無鉛焊料中也有采用無銀無鉛的焊料。如中國專利申請(公開號CN1806997A，
公開日2006年07月26日)公開的一種無鉛焊料，該焊料的組分質(zhì)量百分比為鎳=0. 01% 0. 15%，銅0. 1% 2%，銦0. 0001% 1%，磷0. 0001% 1%，余量為錫。其不足之處在于加入的磷元素最高使用溫度只能達到420°C 450°C，當焊料使用溫度達到420°C時磷會大量揮發(fā)，出現(xiàn)大量錫渣，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，該焊料具有合金潤濕性好、延展性好，且焊料使用溫度超過420°C時不易產(chǎn)生錫渣的效果。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)，一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，該無銀無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 1% 1. 0% ；Ni 0. 01% 1. 0% ；In :0. 01% 1. 0% ；Ga :0. 002% 0. 004% ；Ge 0. 002% 0. 004% ;余量為錫。本發(fā)明的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，由于形成Cu3Sn5共晶微細彌散相而獲得很高的初期強度，但是，當溫度超過100°C時，彌散相會變粗大，因此，為了改善本發(fā)明的焊料的可靠性，通過加入Ni元素來改善焊料的性能，細化彌散相，并通過加入Ni能夠提高釬料對不銹鋼和硬質(zhì)合金的潤濕性能和改善釬料的塑性，加入的Cu和Ni能夠提高焊料合金的機械性能。通過添加Ga和Ge元素，能夠提高焊料的抗氧化性能，不易揮發(fā)，從而不產(chǎn)生錫渣，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，通過添加Ga和Ge元素后，焊料除了在正常溫度(227°C)下使用以外，當使用溫度高達500°C左右時，仍然可以使用，不會產(chǎn)生錫渣現(xiàn)象，使用效果良好。通過加入In元素，提高焊料的潤濕性，增加焊料的光亮度，使組織微細化，穩(wěn)定化。本發(fā)明的焊料不含鉛不含銀，具有對環(huán)境友好，成本低的優(yōu)點，且所得的焊料合金在抗拉剪切強度、延展性及抗蠕變性等機械性能方面良好，可替代傳統(tǒng)的錫鉛焊料合金。在上述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金中，所述的Cu的加入還能夠提高焊料的剪切強度和延伸率，但當加入的超過1.0%時，焊料的熔點會升高，且會使焊料的潤濕性變差，而如果加入的量過少，則會起不到改善焊料機械性能的目的。在上述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金中，所述的Ni的加入與焊料中的Cu元素之間具有協(xié)同作用。細化彌散組織，改善焊料的潤濕性和塑性。在上述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金中，作為優(yōu)選，所述的無銀無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 5% O. 8% ；Ni 0. 02% O. 05% ；In 0. 05% O. 08% ；Ga 0. 0025% 0. 0035% ；Ge 0. 0025% 0. 0035% ;余量為錫。在上述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金中，作為進一步的優(yōu)選，所述的無銀無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 6% O. 7% ；Ni 0. 03% O. 04% ；In 0. 06% O. 07% ；Ga 0. 0028% 0. 0032% ；Ge 0. 0025% 0. 003% ;余量為錫。在上述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金中，所述的無銀無鉛焊料合金還含有重量百分比為O. 005% O. 008%的Dy和/或Er。能夠提高潤濕性能和擴展率，還能夠改善焊料的電阻率，同加入Cu和Ni之間還具有協(xié)同作用，可使擴展率達到87%以上。作為優(yōu)選，所述的無銀無鉛焊料合金含有重量百分比為O. 006% O. 007%的Dy和Er，且Dy與Er的重量比為1:0. 4 O. 6。在上述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金中，所述的無銀無鉛焊料合金還含有重量百分比為O. 002% O. 003%的Co。能夠起到改善焊料合金的釬焊性能和抗沖擊能力。本發(fā)明的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金按照本領(lǐng)域常規(guī)的方法制備即可。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,不含鉛不含銀,具有更環(huán)保,成體低的優(yōu)點，機械性能好，具有抗拉強度、延展性及抗蠕變性能高的效果。2.本發(fā)明的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,不通過添加P來改善焊料的抗氧化性能，而采用同時添加Ga和Ge來提高本發(fā)明的焊料的抗氧化性能；解決現(xiàn)有的添加P元素所存在在溫度超過420°C時，P元素易揮發(fā)的現(xiàn)象，而使焊料產(chǎn)生大量錫渣的問題。本發(fā)明的焊料除了在正常溫度下使用以外，當使用溫度高達500°C左右時，仍然可以使用，不會產(chǎn)生錫渣現(xiàn)象，使用效果良好。3.本發(fā)明的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,通過加入Dy和/或Er元素,能夠提高焊料的潤濕性能和擴展率，還能夠改善焊料的電阻率，同加入Cu和Ni之間還具有協(xié)同作用，可使擴展率達到87%以上。加入Co元素能夠起到改善焊料合金的釬焊性能和抗沖擊能力。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。實施例1—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金由以下成分的重量百分比組成Cu 0. 5% ；Ni 0. 01% ；Ga+Ge :0. 005%，其中 Ga+Ge 的重量比為 I 1 ；In :0. 09% ;余量
為Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法如下A、按照上述重量百分比在真空高頻電爐中加入Ni，然后再加入一部分Sn，加入的Sn與Ni的重量比為9 :1，將溫度升溫至1600°C并保溫30分鐘，出爐，冷卻鑄成Sn-Ni合金錠；B、將步驟A所得的Sn-Ni合金錠合金和剩余的Sn，放入中頻電爐中，升溫至480°C，熔煉，保溫30分鐘；然后，再降溫至320°C，按照上述重量百分比加入CiuGa和Ge，攪拌30分鐘，攪拌均勻后，緩慢降溫至280°C，按照上述重量百分比加入In，并攪拌均勻后，澆鑄成型后，即得SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金。實施例2—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金由以下成分的重量百分比組成Cu :0. 6% ；Ni 0. 01% ；Ga :0. 0025% ；Ge :0. 0027% ；In :0. 09% ;余量為 Sn,還包含不
可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例1的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例3—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 6% ；Ni 0. 02% ；Ga :0. 003% ；Ge :0. 0025% ；In :0. 08% ;余量為 Sn,還包含不可
避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例1的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例4—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 6% ；Ni 0. 03% ；Ga :0. 0035% ；Ge :0. 0022% ；In :0. 07% ;余量為 Sn,還包含不
可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例1的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例5—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 7% ；Ni 0. 04% ；Ga :0. 0028% ；Ge :0. 003% ；In :0. 06% ;余量為 Sn,還包含不可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例1的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例6—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 7% ；Ni 0. 05% ；Ga 0. 003% ；Ge 0. 003% ；In 0. 05% ;余量為 Sn,還包含不可
避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例1的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例7—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 8% ；Ni 0. 04% ；Ga 0. 002% ；Ge 0. 003% ；In 0. 08% ;余量為 Sn,還包含不可
避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例1的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例8—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金由以下成分的重量百分比組成Cu 0. 5% ；Ni 0. 01% ；Ga+Ge 0. 005%，其中 Ga+Ge 的重量比為 I 1 ；In 0. 09% ；Dy 0. 005% ;余量為Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法如下A、按照上述重量百分比在真空高頻電爐中加入Ni，然后再加入一部分Sn，加入的Sn與Ni的重量比為9 :1，將溫度升溫至1600°C并保溫30分鐘，出爐，冷卻鑄成Sn-Ni合金錠；B、按照上述重量百分比在真空高頻電爐中加入Dy，然后再加入一部分的Sn，將溫度升溫至1450°C并保溫30分鐘，出爐，冷卻鑄成Sn-Dy合金錠；C、將步驟A所得的Sn-Ni合金錠合金、步驟B所得的Sn-Dy合金錠和剩余的Sn,放入中頻電爐中，升溫至480°C，熔煉，保溫30分鐘；然后，再降溫至320°C，按照上術(shù)重量百分比加入Cu、Ga和Ge，攪拌30分鐘，攪拌均勻后，緩慢降溫至280°C，按照上述重量百分比加入In，并攪拌均勻后，澆鑄成型后，即得SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金。實施例9—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金由以下成分的重量百分比組成Cu 0. 5% ；Ni 0. 01% ；Ga 0. 003% ；Ge 0. 0025 ；In 0. 09% ；Er 0. 008% ;余量為 Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法同實施例8的方法一致，區(qū)別僅在于SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金的各成分的重量百分比按照本實施例的比例加入，這里不再贅述。實施例10—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 5% ；Ni 0. 01% ；Ga+Ge :0. 0055%，其中 Ga+Ge 的重量比為 I 1 ；In :0. 09% ；Co 0. 002% ;余量為Sn,還包含不可避免的雜質(zhì)。本實施例的無銀無鉛焊料合金的制備方法如下A、按照上述重量百分比在真空高頻電爐中加入Ni，然后再加入一部分Sn，加入的Sn與Ni的重量比為9 :1，將溫度升溫至1600°C并保溫30分鐘，出爐，冷卻鑄成Sn-Ni合金錠；B、按照上述重量百分比在真空高頻電爐中加入Co，然后再加入一部分的Sn，將溫度升溫至1500°C并保溫30分鐘，出爐，冷卻鑄成Sn-Co合金錠；C、將步驟A所得的Sn-Ni合金錠合金、步驟B所得的Sn-Co合金錠和剩余的Sn,放入中頻電爐中，升溫至480°C，熔煉，保溫30分鐘；然后，再降溫至320°C，按照上術(shù)重量百分比加入Cu、Ga和Ge，攪拌30分鐘，攪拌均勻后，緩慢降溫至280°C，按照上述重量百分比加A In，并攪拌均勻后，澆鑄成型后，即得SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金。實施例11—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 8% ；Ni 0. 02% ；Ga :0. 0025% ；Ge :0. 003 ；In :0. 09% ；Dy :0. 006% ；Co :0. 002% ；余量為Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。具體的制備方法按照本領(lǐng)域常規(guī)的方法即可。實施例12—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :1. 0% ；Ni 0. 06% ；Ga :0. 0028% ；Ge :0. 0032 ；In :0. 01% ；Dy :0. 007% ；Co 0. 003% ;余量為Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。具體的制備方法按照本領(lǐng)域常規(guī)的方法即可。實施例13—種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu :0. 1% ；Ni 1. 0% ；Ga :0. 0032% ；Ge :0. 0025 ；In :0. 06% ；Dy :0. 008% ；Co 0. 0025% ;余量為Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。具體的制備方法按照本領(lǐng)域常規(guī)的方法即可。實施例14一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金,該無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 8% ；Ni 0. 06% ；Ga 0. 0028% ；Ge 0. 0032 ；In 0. 01% ；Dy+Er 0. 005%,其中Dy Er的重量比為1:0. 4 ；Co 0. 003% ;余量為Sn，還包含不可避免的雜質(zhì)。具體的制備方法按照本領(lǐng)域常規(guī)的方法即可。隨機選取上述實施例中得到的無銀無鉛焊料合金，對相應(yīng)的性能進行測試，具體測試結(jié)果見表I?！け?:
權(quán)利要求
1.一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 1% 1. 0% ；Ni 0. 01% 1. 0% ；In 0. 01% 1. 0% ；Ga 0. 002% 0· 004% ；Ge O.002% O. 004% ;余量為錫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 5% O. 8% ；Ni 0. 02% O. 05% ；In 0. 05% O. 08% ；Ga 0. 0025% 0. 0035% ；Ge 0.0025% 0. 0035% ;余量為錫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金含有以下成分的重量百分比Cu 0. 6% O. 7% ；Ni 0. 03% O. 04% ；In 0. 06% O. 07% ；Ga 0. 0028% 0. 0032% ；Ge 0.0025% 0. 003% ;余量為錫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金還含有重量百分比為O. 005% O. 008%的Dy和/或Er。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金含有重量百分比為O. 006% O. 007%的Dy和Er，且Dy與Er的重量比為1:O.4 O. 6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金還含有重量百分比為O. 002% O. 003%的Co。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，其特征在于，該無銀無鉛焊料合金還含有重量百分比為O. 002% O. 003%的Co。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SnCuNiGaGeIn系無銀無鉛焊料合金，屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有焊料耐高溫性差，錫渣多，延展性差的問題，提供一種SnCuNiGa GeIn系無銀無鉛焊料合金，該焊料含有以下成分的重量百分比Cu0.1%～1.0%；Ni0.01%～1.0%；In0.01%～1.0%；Ga0.002%～0.004%；Ge0.002%～0.004%；余量為錫?？珊?.005%～0.008%的Dy和/或Er以及0.002%～0.003%的Co。其不含鉛、銀，更環(huán)保，成體低，且機械性能好，抗拉強度、延展性及抗蠕變性、釬焊性和抗沖擊性能高的優(yōu)點，使用溫度在500℃左右時，不會產(chǎn)生錫渣現(xiàn)象。
文檔編號B23K35/26GK103008904SQ20121049717
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者余洪桂, 黃玲霞, 吳芝錠, 劉婷 申請人:一遠電子科技有限公司