專利名稱：無鉛焊料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域的焊料合金，尤其是一種無鉛焊料合金。
背景技術(shù)：
隨著世界各國對綠色環(huán)保的日益重視，實(shí)現(xiàn)焊料合金無鉛化的呼聲越來越大，各國紛紛立法限制有鉛焊料合金的應(yīng)用。到目前為止，Sn-Ag-Cu無鉛焊料合金約占整個市場份額的64％，廣泛應(yīng)用于波峰焊條、無鉛焊絲、焊膏、成型焊料等方面。雖然此類無鉛焊料的許多性能參數(shù)接近Sn-Pb共晶焊料合金，但仍有諸多不足之處。主要是Sn-Ag-Cu三元合金在Cu基體表面的潤濕性能較差，在高溫特性及抗氧化性能上也差。在日益精細(xì)間距PCB的組裝中，如何提高Sn-Ag-Cu無鉛焊料的實(shí)用性能，及進(jìn)一步提高焊接點(diǎn)在焊接過程中的可靠性成為迫需解決的課題。向無鉛焊料中添加表面的活性元素、抗氧化元素以及改變無鉛焊料性能的金屬元素，以改善Sn-Ag-Cu無鉛焊料合金的抗氧化性、潤濕性及實(shí)用性，成為大家迫切期望早日研發(fā)出能滿足所述特性的無鉛焊料合金的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗氧化性能與潤濕性能優(yōu)良、實(shí)用性好的無鉛焊料合金。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該無鉛焊料合金包括以下組分且各組分的重量百分比是Ag1-4％Cu0.1-0.8％Ni0.001-0.5％Ce0.001-0.6％其中至少一種的P或Ga或Ge重量配比均為0.001-0.1％其余為Sn。
而且，各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3％Cu0.5％Ni0.04％Ce0.1％Ge0.05％其余為Sn。
而且，各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3％Cu0.6％Ni0.05％Ce0.15％Ge0.05％P0.03％其余為Sn。
而且，各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3.5％Cu0.5％Ni0.05％Ce0.1％P0.05％其余為Sn。
而且，各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3.5％Cu0.7％Ni0.06％Ce0.15％P0.07％Ga0.03％其余為Sn。
而且，上述的Ag或Cu或Ni或Ce和P或Ge或Ga均先形成中間合金后添加，即先形成Sn-10％Ag或Sn-6％Cu或Sn-2％Ni或Sn-5％P或Sn-20％Ga或與Sn-4％Ge的中間合金。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述該無鉛焊料合金包括以下組分且各組分的重量百分比是Ag1-4％Cu0.1-0.8％Ni0.001-0.5％Ce0.001-0.6％其中至少一種的P或Ga或Ge重量配比均為0.001-0.1％其余為Sn。
本發(fā)明的無鉛焊料合金采用以Sn為基料的無鉛焊料合金的常規(guī)模式進(jìn)行制備。為確?；瘜W(xué)成分加入量的精確，對Ag、Cu、Ni、Ce和P、Ge、Ga均先形成中間合金形式加入，即配備Sn-10％Ag、Sn-6％Cu、Sn-2％Ni、Sn-5％P、Sn-20％Ga與Sn-4％Ge中間合金后加入。
實(shí)施例1各組分及重量配比為Sn96.31％、Ag3％、Cu0.5％、Ni0.04％、Ce0.1％、Ge0.05％，熔融溫度217-219℃。
實(shí)施例2各組分及重量配比為Sn96.12％、Ag3％、Cu0.6％、Ni0.05％、Ce0.15％、Ge0.05％、P0.03％，熔融溫度217-219℃。
實(shí)施例3各組分及重量配比為Sn95.80％、Ag3.5％、Cu0.5％、Ni0.05％、Ce0.1％、P0.05％，熔融溫度217-217℃。
實(shí)施例4各組分及重量配比為Sn95.49％、Ag3.5％、Ni0.06％、Ce0.15％、P0.07％、Ga0.03％熔融溫度217-217℃。
本發(fā)明所提供的無鉛焊料合金，通過添加3-3.5％Ag能改善焊料的熔點(diǎn)。從純Sn的232℃的共晶熔點(diǎn)降到接近Sn-Ag的共晶熔點(diǎn)221℃，改善了無鉛焊料的潤濕性、熱疲勞特性、強(qiáng)度及防止帶Ag層電極出現(xiàn)遷移。
通過向本發(fā)明無鉛焊料合金添加Cu，起到降低無鉛焊料熔點(diǎn)及結(jié)晶組織微細(xì)化作用，并抑制在高溫條件下熔Cu現(xiàn)象。當(dāng)Cu＜0.5％時，對無鉛焊料作用不大。當(dāng)Cu＞0.8％時會促進(jìn)無鉛焊料延伸率下降，氧化渣量增多。因此，本發(fā)明Cu含量控制在0.5-0.8％。
本發(fā)明中，通過在無鉛焊料合金添加Ni，解決了Sn與Cu反應(yīng)生成的Cu6Sn5金屬化合物。Sn與Ag反應(yīng)生成的Ag3Sn金屬化合物，影響無鉛焊料潤濕性及冷凝時析出所出現(xiàn)結(jié)晶粗糙。通過添加0.03-0.1％Ni，利用Ni與Cu以任何比例固溶的特性?？刂芐n和Cu反應(yīng)形成的Cu6Sn5金屬化合物長大，并使該化合物溶解，從而改善Sn-Cu無鉛焊料的粗糙結(jié)晶狀態(tài)，使結(jié)晶表面變的細(xì)膩光澤，并提高了無鉛焊料流動性，改善了波峰焊過程中出現(xiàn)的橋連、拉尖等不良缺陷。
通過添加活性元素Ce，可以改善無鉛焊料的結(jié)晶組織，以及在冷凝過程中通過形核，對無鉛焊料的結(jié)晶起到細(xì)化與變質(zhì)均勻化作用。也改善了力學(xué)性能、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能及擴(kuò)展性能。添加量大于0.6％時強(qiáng)度有所下降。通過添加0.1％Ce，可有利降低液固相區(qū)間ΔT溫度降低，改善了焊接溫度和焊接工藝性。其最佳添加量為0.1-0.3％Ce。
通過添加0.03-0.07％至少一種P、Ge、Ga抗氧化元素，可以有效的阻止本發(fā)明無鉛焊料合金與表面氧化。由于抗氧化元素P、Ga、Ce的集膚效應(yīng)作用，改善了無鉛焊料液浴表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并形成一層密致的薄膜，能有效阻止無鉛焊料與空氣中氧相互接觸，有效防止焊料浴氧化。另一方面，由于本發(fā)明無鉛焊料合金中的Ag、Cu、及Ni元素的存在，促進(jìn)了抗氧化元素的集膚效應(yīng)，進(jìn)一步改善無鉛焊料合金浴的氧化，減少氧化物的發(fā)生量，改善了無鉛焊料的流動性，從而降低焊接缺陷的不良率。
下面通過本發(fā)明比較現(xiàn)有的無鉛焊料合金的性能數(shù)據(jù)(表1為本發(fā)明無鉛焊料合金實(shí)施例1、2、3、4與無鉛焊料合金比較例1、2的試驗(yàn)數(shù)據(jù))來進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)比較例1Sn96.65％、Ag0.3％、Cu0.5％，熔融溫度217-219℃。
比較例2Sn95.8％、Ag3.5％、Cu0.7％、熔融溫度217-217℃。
試驗(yàn)結(jié)果表明；本發(fā)明的無鉛焊料合金與比較例無鉛焊料合金相比，在抗氧化性能、流動性能、表面狀態(tài)及力學(xué)性能上有很大提高，具有改善焊接缺陷及實(shí)用性的特點(diǎn)。
表1
權(quán)利要求
1.一種無鉛焊料合金，其特征在于該無鉛焊料合金包括以下組分且各組分的重量百分比是Ag1-4％Cu0.1-0.8％Ni0.001-0.5％Ce0.001-0.6％其中至少一種的P或Ga或Ge重量配比均為0.001-0.1％其余為Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無鉛焊料合金，其特征在于各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3％Cu0.5％Ni0.04％Ce0.1％Ge0.05％其余為Sn。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述無鉛焊料合金，其特征在于各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3％Cu0.6％Ni0.05％Ce0.15％Ge0.05％P0.03％其余為Sn。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述無鉛焊料合金，其特征在于各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3.5％Cu0.5％Ni0.05％Ce0.1％P0.05％其余為Sn。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述無鉛焊料合金，其特征在于各組分的優(yōu)化重量配比為Ag3.5％Cu0.7％Ni0.06％Ce0.15％P0.07％Ga0.03％其余為Sn。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛焊料合金，其特征在于上述的Ag或Cu或Ni或Ce和P或Ge或Ga均先形成中間合金后添加，即先形成Sn-10％Ag或Sn-6％Cu或Sn-2％Ni或Sn-5％P或Sn-20％Ga或與Sn-4％Ce的中間合金。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種無鉛焊料合金。其主要技術(shù)特點(diǎn)是該無鉛焊料合金包括以下組分且各組分的重量百分比是Ag1－4％；Cu0.1－0.8％；Ni0.001－0.5％；Ce0.001－0.6％；其中至少一種的P或Ga或Ge重量配比均為0.001－0.1％；其余為Sn。本發(fā)明的無鉛焊料合金現(xiàn)有的無鉛焊料合金相比，在抗氧化性能、流動性能、表面狀態(tài)及力學(xué)性能上有很大提高，具有改善焊接缺陷及實(shí)用性的特點(diǎn)。
文檔編號C22C1/03GK101028673SQ200610013240
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者嚴(yán)健, 邱鵬, 張錫哲 申請人:天津市宏遠(yuǎn)電子有限公司