專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Sn－Zn系無(wú)鉛釬料合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，還涉及該種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著主流電子產(chǎn)品不斷向微型化、高集成化方向發(fā)展，軟釬料的物理性能越來(lái)越顯示出它的重要性。其中Sn-Zn系釬料以其較低的熔點(diǎn)，低廉的成本和豐富的資源受到重視，具有很大的開(kāi)發(fā)潛力和市場(chǎng)前景。然而Sn-Zn系釬料存在缺點(diǎn)，一個(gè)就是容易氧化，在焊接過(guò)程中，合金的氧化產(chǎn)生大量的浮渣，造成了釬料的浪費(fèi)；二是使釬料潤(rùn)濕性變差，引起可焊性問(wèn)題。因此，如何克服Sn-Zn系釬料合金的缺點(diǎn)，制作出一種抗氧化性優(yōu)良、潤(rùn)濕性良好的無(wú)鉛釬料合金，成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，解決Sn-Zn系釬料合金的易氧化、潤(rùn)濕性差的問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的是，提供該種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金的制備方法。
本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是，一種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，按重量百分比由以下組分組成Zn為8～9％，Cu為1～3％，混合稀土RE為0.025～0.1％，其余為Sn，各組分的重量之和為100％。
本發(fā)明的合金，其組分中的Zn為分析純，純度為99.99％。
本發(fā)明的合金，其組分中的Cu為分析純，純度為99.99％。
本發(fā)明的合金，其組分中的Sn為云錫。
本發(fā)明的合金，其組分中的混合稀土RE是鈰鑭氯化稀土，按重量百分比另由以下組分組成鈰為63.3％，鑭為36.6％，其他雜質(zhì)為0.1％。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，上述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金的制備方法，按以下步驟實(shí)施，a.將LiCl∶KCl按照0.8～1.2∶1.0～1.5的質(zhì)量比例分別稱(chēng)取LiCl和KCl，并混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；b.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取Zn 8～9％，Cu 1～3％，混合稀土RE 0.025～0.1％，其余為Sn，重量100％，并放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)?，?dāng)爐溫達(dá)到550℃～650℃時(shí)，保溫時(shí)間60分鐘～90分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；c.將上述澆鑄好的合金在350℃～420℃下進(jìn)行重熔，保溫時(shí)間40分鐘～60分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄成錠，即得。
本發(fā)明的有益效果是，該種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金潤(rùn)濕性良好，耐氧化性能優(yōu)越，并且制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低。


圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例Sn-8Zn-2Cu-0.05RE的DTA圖；圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施例Sn-8Zn-2Cu-0.05RE的潤(rùn)濕圖片；圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施例Sn-8Zn-2Cu-0.05RE的剪切曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明所述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，按重量百分比由以下組分組成Zn為8％～9％，Cu為1％～3％，混合稀土RE為0.025％～0.1％，其余為Sn，各組分的重量之和為100％。組分中的Zn為分析純，純度為99.99％，組分中的Cu為分析純，純度為99.99％，組分中的Sn為云錫。
本發(fā)明的合金，其組分中的混合稀土RE是甘肅稀土新材料股份有限公司出品的鈰鑭氯化稀土，按重量百分比由以下組分組成鈰為63.3％，鑭為36.6％，其他雜質(zhì)為0.1％。
添加的Cu元素可以提高合金焊接性能和抗氧化性，同時(shí)對(duì)合金的塑性性能也有改善，所形成的Cu6Sn5金屬間化合物粒子分布于錫基體上，起到了強(qiáng)化作用。
稀土元素是表面活性元素，可以提高釬料組織的均勻性和潤(rùn)濕性，添加的混合稀土RE為鈰鑭氯化稀土，按重量百分比由以下組分組成鈰為63.3％，鑭為36.6％，其他雜質(zhì)為0.1％。控制混合稀土RE的加入量在某一范圍內(nèi)可增加熔化后的焊料的潤(rùn)濕能力，克服某些無(wú)鉛焊料的潤(rùn)濕性不足的缺點(diǎn)。在合金熔煉過(guò)程中起到凈化作用，作為非均質(zhì)形核結(jié)晶的質(zhì)點(diǎn)促使晶粒細(xì)化，保證焊接強(qiáng)度。
Sn為基料，Sn具有低熔點(diǎn)，與其它低熔點(diǎn)金屬形成的合金也就具有相對(duì)較低的熔點(diǎn)，避免焊接過(guò)程對(duì)于電子元器件的熱燒蝕或熱損傷。Sn來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，適合各種電子封裝材料的焊料基材。
本發(fā)明所述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金的制備方法，按以下步驟實(shí)施1.將LiCl∶KCl按照0.8～1.2∶1.0～1.5的質(zhì)量比例分別稱(chēng)取LiCl和KCl，并混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；2.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取Zn 8％～9％，Cu 1％～3％，混合稀土0.025％～0.1％，其余為Sn，重量100％，并放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)?，?dāng)爐溫達(dá)到500℃～650℃時(shí)，保溫時(shí)間60分鐘～90分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；3.將上述澆鑄好的合金在350℃～420℃下進(jìn)行重熔，保溫時(shí)間40分鐘～60分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄成錠，即得。
本發(fā)明還具有如下特點(diǎn)上述的制取工藝所用的材料，市場(chǎng)上容易購(gòu)買(mǎi)，不采用貴重金屬而具有了較低的成本；制備方法工藝簡(jiǎn)單，容易操作。
實(shí)施例一1.按LiCl∶KCl組分為1.0∶1.3的質(zhì)量比例分別取LiCl和KCl，總共為10g，并混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；2.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取Zn為8.0g(8％)、Cu為2.0g(2％)混合稀土RE為0.05g(0.05％)，其余為Sn，總重量100％，質(zhì)量總共為100g，并全部放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的保護(hù)熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)?，?dāng)爐溫達(dá)到600℃時(shí)，保溫60分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；3.將上述澆鑄好的合金在400℃下進(jìn)行重熔，保溫50分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄成錠，即得。
將澆鑄好的錠進(jìn)行試樣制備，對(duì)其各方面性能進(jìn)行檢測(cè)。該合金熔點(diǎn)為209.8℃，以純松香作為助焊劑，空氣爐中焊接，焊點(diǎn)光亮飽滿， 潤(rùn)濕角為42°，比傳統(tǒng)的Sn-8Zn合金的61°潤(rùn)濕角值降低了19°，潤(rùn)濕性優(yōu)良，抗氧化性較Sn-8Zn合金(焊點(diǎn)表面有淺黑色氧化皮)的好，合金剪切強(qiáng)度達(dá)27.3MPa，與Sn-8Zn合金的27.8MPa接近。
相關(guān)測(cè)試指標(biāo)如下表

如圖1所示，合金的峰值明顯，熔點(diǎn)較低，沒(méi)有出現(xiàn)其它參差不齊的峰，說(shuō)明合金中的氧化物雜質(zhì)較少，不會(huì)影響合金的熔點(diǎn)，對(duì)于確定釬料的釬焊溫度有較好的參考價(jià)值。
如圖2所示，合金與基板相潤(rùn)濕呈現(xiàn)球冠狀，潤(rùn)濕表面光潔、平整，潤(rùn)濕角小。
如圖3所示，從釬料的剪切曲線可以看出釬料的剪切斷裂曲線出現(xiàn)一段明顯的塑性變形區(qū)，屬于塑性斷裂。
實(shí)施例二1.按LiCl∶KCl組分為1.2∶1的質(zhì)量比例分別取LiCl和KCl，總共為10g，并混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；2.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取，Zn為8.8g(8.8％)、Cu為1g(1.2％)、混合稀土RE為0.1g(0.1)，其余為Sn，總重量100％，質(zhì)量總共為100g，并全部放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的保護(hù)熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)?，?dāng)爐溫達(dá)到650℃時(shí)，保溫60分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；3.將上述澆鑄好的合金在420℃下進(jìn)行重熔，保溫40分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄成錠，即得。
將澆鑄好的錠進(jìn)行試樣制備，對(duì)其各方面性能進(jìn)行檢測(cè)。該合金熔點(diǎn)為212.6℃，以純松香作為助焊劑，空氣爐中焊接，去除氧化皮后焊點(diǎn)光亮飽滿。相關(guān)測(cè)試指標(biāo)如下表

實(shí)施例三1.按LiCl∶KCl組分為0.8∶1.0的質(zhì)量比例分別取LiCl和KCl，總共為10g，并混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；2.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取，Zn為9.0g(9％)、Cu為3g(3％)、混合稀土RE為0.025g(0.025％)，其余為Sn，總重量100％，質(zhì)量總共為100g，并全部放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的保護(hù)熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)?，?dāng)爐溫達(dá)到550℃時(shí)，保溫90分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；3.將上述澆鑄好的合金在350℃下進(jìn)行重熔，保溫60分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄成錠，即得。
將澆鑄好的錠進(jìn)行試樣制備，對(duì)其各方面性能進(jìn)行檢測(cè)。該合金熔點(diǎn)為217.0℃，以純松香作為助焊劑，空氣爐中焊接，焊點(diǎn)表面沒(méi)有氧化，表面較粗糙。
相關(guān)測(cè)試指標(biāo)如下表

實(shí)施例四1.按LiCl∶KCl組分為1.2∶1.5的質(zhì)量比例分別取LiCl和KCl，總共為10g，并混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；2.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取，Zn為9.0g(9％)、Cu為3g(3％)、混合稀土RE為0.025g(0.025％)，其余為Sn，總重量100％，質(zhì)量總共為100g，并全部放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的保護(hù)熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)猓?dāng)爐溫達(dá)到550℃時(shí)，保溫90分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；3.將上述澆鑄好的合金在350℃下進(jìn)行重熔，保溫60分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄成錠，即得。
將澆鑄好的錠進(jìn)行試樣制備，對(duì)其各方面性能進(jìn)行檢測(cè)。該合金熔點(diǎn)為216.5℃，以純松香作為助焊劑，空氣爐中焊接，焊點(diǎn)表面沒(méi)有氧化，表面較粗糙。
相關(guān)測(cè)試指標(biāo)如下表

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)合金成分的優(yōu)化和性能研究，提出了一種潤(rùn)濕性優(yōu)越，抗氧化性能良好的Sn-Zn系釬料合金，并且制備方法簡(jiǎn)單可行。
權(quán)利要求
1.一種Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，其特征在于按重量百分比由以下組分組成Zn為8％～9％，Cu為1％～3％，混合稀土RE為0.025％～0.1％，其余為Sn，各組分的重量之和為100％。
2.如權(quán)利要求1所述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，其特征在于其中的組分Zn為分析純，純度為99.99％。
3.如權(quán)利要求1所述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，其特征在于其中的組分Cu為分析純，純度為99.99％。
4.如權(quán)利要求1所述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，其特征在于其中的組分Sn為云錫。
5.如權(quán)利要求1所述的Sn-Zn系無(wú)鉛釬料合金，其特征在于其中的組分混合稀土RE是鈰鑭氯化稀土，按重量百分比另由以下組分組成鈰為63.3％，鑭為36.6％，其他雜質(zhì)為0.1％。
6.一種制備權(quán)利要求1所述的Sn-Zn系無(wú)鉛料合金的制備方法，其特征在于，該方法按以下步驟實(shí)施a將LiCl∶KCl按照0.8～1.2∶1.0～1.5的質(zhì)量比例分別稱(chēng)取LiCl和KCl，并將稱(chēng)量好的LiCl和KCl混合均勻，配制得到保護(hù)熔鹽；b.分別按質(zhì)量比例稱(chēng)取Zn 8％～9％，Cu 1％～3％，混合稀土0.025％～0.1％，其余為Sn，重量100％，并放入石墨坩鍋中攪拌成均勻的混合物，將上述配制好的保護(hù)熔鹽覆蓋在坩鍋中的混合物上，將坩鍋置于井式真空爐中進(jìn)行熔煉，抽真空并充入高純氮?dú)?，?dāng)爐溫達(dá)到550℃～650℃時(shí)，保溫時(shí)間60分鐘～90分鐘，熔煉后，將坩鍋取出，對(duì)合金進(jìn)行預(yù)冷、澆鑄；c.將上述澆鑄好的合金在350℃～420℃下進(jìn)行重熔，保溫時(shí)間40分鐘～60分鐘，攪拌，最后再進(jìn)行澆鑄顧錠，即得。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Sn－Zn系無(wú)鉛釬料合金，并公開(kāi)了該種Sn－Zn系無(wú)鉛釬料合金的制備方法。本發(fā)明通過(guò)在Sn－Zn系合金中添加Cu元素和混合稀土RE，得到的Sn－Zn系無(wú)鉛釬料合金，其組分為Zn為8～9％，Cu為1～3％，混合稀土RE為0.025～0.1％，其余為Sn。稀土元素是表面活性元素，可以提高釬料組織的均勻性和潤(rùn)濕性；Cu元素可以提高合金的塑性性能，同時(shí)對(duì)合金的焊接性能和抗氧化性。本發(fā)明在保持Sn－Zn系無(wú)鉛合金熔點(diǎn)低的基礎(chǔ)上，還具有了很好的潤(rùn)濕性，耐氧化性能。該Sn－Zn系無(wú)鉛釬料合金可廣泛應(yīng)用于電子封裝材料。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101058131SQ200710017988
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者趙麥群, 趙小艷, 孫立恒 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)