專利名稱：一種無鉛噴金料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無鉛噴金料，屬金屬化薄膜電容器端面噴涂用金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
已被廣泛應(yīng)用的金屬化薄膜容器端面噴金材料(簡(jiǎn)稱噴金料)，典型的如鉛基五元噴金料，因其含有55％左右的鉛，在電子元器件無鉛化的全球性浪潮中，目前基本上已被淘汰，有相當(dāng)大量的廠家已用鋅絲、鋅鋁合金絲和錫鋅系列合金絲等取代鉛基五元噴金料，因?yàn)殄a鋅系列合金有與鉛基五元噴金料同樣良好的端面附著力和優(yōu)越的焊接性能，其熔點(diǎn)也比鋅絲和鋅鋁合金低，因此，錫鋅系列合金成為電容器生產(chǎn)廠家首選的噴金材料，但是為了保證噴金層與薄膜金屬蒸鍍層的良好接觸，往往要先噴上一層純鋅底層，再噴上含錫鋅合金面層，即可降低成本，又可符合電容器性能的要求，而這就增加了工序，使工藝過程復(fù)雜化，中國(guó)專利ZL02111554.0提供了一種錫鋅系列的無鉛噴金料，已有效解決了上述問題，但作為無鉛噴金料，在熔點(diǎn)、價(jià)格、性能等方面還不能滿足廣大電容器制造商的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種一次噴金即可符合電容器性能要求、并且具有優(yōu)良性價(jià)比、性能更接近含鉛噴金料的無鉛噴金料。
本發(fā)明為一種無鉛噴金料，包括錫，鋅，銻，銅等，其特征在于還同時(shí)包括鋁，各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為錫(Sn)40～79％，銻(Sb)0.5～2％，銅(Cu)0.01～0.5％，鋁(Al)1～15％，總量不大于0.1％的雜質(zhì)，其余為鋅(Zn)，各組份的重量百分比總和為100％。
所述錫(Sn)的含量?jī)?yōu)選可為45～70％。所述銻(Sb)的含量?jī)?yōu)選可為0.6～1.5％。所述銅(Cu)的含量?jī)?yōu)選可為0.03～0.3％。所述鋁(Al)的含量?jī)?yōu)選可為5～11％。
本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是進(jìn)一步添加以鑭(La)、鈰(Ce)等輕質(zhì)稀土元素為主的混合稀土金屬(Re)，其加入量按重量百分比計(jì)為0.01～0.2％，優(yōu)先可為0.1～0.15％。
所述雜質(zhì)中各組份的組成按重量百分比計(jì)可分別為鉛(Pb)≤0.03％，鎘(Cd)≤0.002％，鐵(Fe)≤0.01％，硅(Si)≤0.01％，鉍(Bi)≤0.05％。
錫是合金成份的基體，使合金保持一個(gè)較低的熔點(diǎn)水平，同時(shí)錫基合金保持一個(gè)與噴金基體良好的結(jié)合狀態(tài)，又具有與電極焊接時(shí)良好的可焊性，但由于錫價(jià)昂貴，含量過高影響成本，含量過低則會(huì)使熔點(diǎn)升高，可焊性能下降。綜合考慮成本與性能的因素，本發(fā)明確定錫含量為40～79％，優(yōu)選含量為45～70％。
鋅是合金的主要組份，鋅的加入，使合金強(qiáng)度大幅度提高，同時(shí)鋅價(jià)格相對(duì)較，鋅的加入使合金具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但是鋅是一種活潑元素，極易氧化，過多的鋅會(huì)使噴金層表面易氧化變色，可焊性下降，從而使電容器制作的工藝條件變得苛刻。
銅元素的加入研究表明，在錫鋅合金中適量添加銅元素有助于降低鋅的氧化活性，降低表面張力，提高合金在銅材上的潤(rùn)濕性。此外，在電容器引線焊接過程中，噴金料中的錫和鋅元素將與引線中的銅元素發(fā)生反應(yīng)，造成引線銅的熔出，在噴金料中添加少量銅可以抑制引線銅的熔出，提高焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，在噴金層與銅引線之間形成一個(gè)良好的濃度梯度，降低噴金層與引線之間的電位差，延緩電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，提高焊點(diǎn)的可靠性。
但是銅在錫鋅合金中又形成諸多的金屬間化合物，如Cu6Sn5、Cu5Zn8等，影響合金加工性能，特別是鋅含量較高時(shí)，錫鋅合金本身的加工性能下降。此外，銅的價(jià)格比鋅要高，大量添加會(huì)影響噴金料的材料成本，因此，綜合考慮本發(fā)明確定銅含量為0.01～0.5％，優(yōu)選含量為0.03～0.3％。
銻元素的加入研究結(jié)果證實(shí)，在錫基無鉛焊料中添加少量銻可以提高焊料合金焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度，延緩金屬間化合物的生成，細(xì)化晶粒，改善焊接性能。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，加入少量銻后，銻與錫形成化合物SbSn(β相和β’相)，該相具有NaCl(B1)型的立方體結(jié)構(gòu)，它是合金中的硬質(zhì)相和強(qiáng)化相。在噴金過程中，噴出的微粒在到達(dá)電容器端面之前，該硬質(zhì)相和強(qiáng)化相的SbSn合金先于其它元素凝固成微小硬質(zhì)固體，到達(dá)電容器端面時(shí)擊破金屬膜表面氧化層，然后其它低熔點(diǎn)部分再凝固，并在界面上形成多種金屬間化合物，如Cu-Zn(鍍鋅金屬膜)、Al-Sb(鍍鋁金屬膜)等等，可大大改善噴金層與金屬鍍膜層的電接觸性能，減少電損耗，有利于減少電容器損耗角(DF)。
另外加入銻所形成較高熔點(diǎn)化合物，在配制合金時(shí)，首先凝固析出，這種析出的作用一是使晶粒細(xì)化；二是抑制偏析，結(jié)果使合金組織更加均勻。
但是與銅類似，銻的加入使合金加工性能大大下降，同時(shí)提高噴金料成本。因此，本發(fā)明確定銻含量為0.5～2％，優(yōu)選含量為0.6～1.5％。
鋁元素的加入是本發(fā)明所以能夠成立的關(guān)鍵元素，與現(xiàn)有技術(shù)相比，鋁的加入除了抗氧化性能提高外，還具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和效果1.制作金屬化薄膜電容器的薄膜上，是采用真空蒸鍍的辦法鍍上一層厚度僅為1μm以下的鋁或鋅鋁合金層，根據(jù)同類結(jié)合的原理，噴金料中加入鋁以后，會(huì)使噴涂層大大增強(qiáng)和薄膜上蒸鍍層的結(jié)合牢度(也即附著力)，改善電接觸性能，提高電容器100kHz高頻測(cè)試合格率。
2.研究表明鋁的加入使合金液相線溫度明顯降低，因而合金固相線和液相線溫度更加靠近，經(jīng)多次測(cè)定，本發(fā)明的優(yōu)選組份，其固相線溫度為198.3～202.4℃，液相線溫度為不超過334℃，固、液相線的溫差比目前使用的錫鋅銻銅四元無鉛噴金料明顯縮小，以錫含量50％為例，加鋁后，其液相線可比現(xiàn)有技術(shù)的無鉛噴金料下降40℃以上，意味著噴金層的熔融狀態(tài)范圍小，噴金層的結(jié)構(gòu)更加可靠，降低了灼傷塑料薄膜的可能性，使電容器成品率進(jìn)一步提高。
3.鋁是導(dǎo)電性能優(yōu)良的金屬，提高鋁含量可使合金的導(dǎo)電性能有所改善，電阻率降低；鋁的密度較小(2.7g/cm3)，可明顯減少五元合金的密度，降低成本；鋁資源較錫和鋅豐富，價(jià)格相對(duì)更低，非常有利于降低成本和可持續(xù)發(fā)展。
雖然鋁的加入帶來一系列的優(yōu)異性能，但加入過少，效果不明顯，加入過多，會(huì)在熔煉階段吸氣增加，致使結(jié)構(gòu)疏松，加工困難，所以本發(fā)明確定鋁含量為1～15％，優(yōu)選的含量為5～11％。
本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是進(jìn)一步添加以鑭(La)、鈰(Ce)等輕質(zhì)稀土元素為主的混合稀土金屬(Re)，混合稀土金屬的加入，除了給合金帶來除氣除渣、除雜、細(xì)化晶粒、增加抗氧化能力等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、稀土元素是一種活性元素，液態(tài)下聚集在表面的稀土使得合金的表面能顯著降低，從而降低合金與被噴金金屬材料表面之間的界面張力，改善了焊合條件，所以噴金層和基體金屬表面的結(jié)合良好。
2、研究表明，混合稀土與鋁一樣，在本發(fā)明中具有降低液相線溫度的作用，其單獨(dú)使用時(shí)，效果不是非常明顯，但與鋁同時(shí)加入時(shí)，其降低熔點(diǎn)的作用比較明顯。
3、由于稀土元素的加入使合金中氣體含量減少，結(jié)構(gòu)致密，同時(shí)使FeAL3硬脆相減少和組織變細(xì)，因而有效的改善了導(dǎo)電性能。
混合稀土元素是一種微量合金元素，但是稀土元素的加入量小于0.01％，此時(shí)稀土元素主要以固溶形式存在于出生晶和共晶中，并不出現(xiàn)稀土相，因而作用不顯著，只有稀土元素含量增大，使REAL4有較好的長(zhǎng)大條件時(shí)，才能形成稀土相，起到俘獲有害雜質(zhì)的作用，但是稀土含量過大，除了使成本上升之外，還容易形成粘滯的稀土氧化物夾雜和浮渣，使熔鑄過程難度加大，所以本發(fā)明確定稀土元素的加入量為0.01～0.2％，優(yōu)選的含量為0.1～0.15％。
本發(fā)明規(guī)定鉛(Pb)含量不得大于0.03％，鎘(Cd)含量不得大于0.002％，這是無鉛化的要求，雖然二者的存在并不影響合金的加工性能及其它電氣、機(jī)械綜合性能，但無鉛噴金料作為鉛基噴金料的替代品，綠色環(huán)保的原則是必須堅(jiān)持的。本發(fā)明中還規(guī)定鐵(Fe)含量不得大于0.01％，這是因?yàn)殍F會(huì)和鋅形成FeZn7脆性化合物，使合金變脆，導(dǎo)電和耐蝕性下降，熔融狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性變差，所以鐵是一種必須嚴(yán)加控制的有害雜質(zhì)成份，必須控制在0.01％以下，才能保持合金的各項(xiàng)性能。其它雜質(zhì)成份規(guī)定如下硅(Si)≤0.01％，鉍(Bi)≤0.05％，上述雜質(zhì)總量不大于0.1％的。
本發(fā)明針對(duì)金屬化薄膜電容器端面噴金材料的性能要求，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及多次試驗(yàn)比較，通過在無鉛噴金料中加入鋁以及混合稀土元素，經(jīng)實(shí)際試用，證明本發(fā)明的無鉛噴金料用于金屬化薄膜電容器端面噴涂，可以一次成功，不必先噴涂底層，大大簡(jiǎn)化了噴金操作工藝，同時(shí)本發(fā)明還與現(xiàn)有噴金設(shè)備和工藝更具有良好的相容性。
具體實(shí)施例方式
以下將本發(fā)明17個(gè)實(shí)施例與現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品錫鋅銻銅合金4個(gè)對(duì)比例各組份的組成及各項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)比列表如下，以進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)異性能。
本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)不同性能要求及使用場(chǎng)合，選擇下述實(shí)施例中的不同配比，或除下述各實(shí)施例以外的不同配比，但均不以任何形式限制本發(fā)明的范圍。
錫鋅銻銅鋁五元合金與錫鋅銻銅四元合金各參數(shù)對(duì)比表

權(quán)利要求
1.一種無鉛噴金料，包括錫，鋅，銻，銅，其特征在于還同時(shí)包括鋁，各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為錫40～79％，銻0.5～2％，銅0.01～0.5％，鋁1～15％，總量不大于0.1％的雜質(zhì)，其余為鋅，各組份的重量百分比總和為100％。
2.按權(quán)利要求1所述的一種無鉛噴金料，其特征在于所述錫的含量為45～70％。
3.按權(quán)利要求1所述的一種無鉛噴金料，其特征在于所述銻的含量為0.6～1.5％。
4.按權(quán)利要求1所述的一種無鉛噴金料，其特征在于所述銅的含量為0.03～0.3％。
5.按權(quán)利要求1所述的一種無鉛噴金料，其特征在于所述鋁的含量為5～11％。
6.按權(quán)利要求1所述的一種無鉛噴金料，其特征在于還添加以鑭、鈰輕質(zhì)稀土元素為主的混合稀土金屬，其加入量按重量百分比計(jì)為0.01～0.2％。
7.按權(quán)利要求6所述的一種無鉛噴金料，其特征在于以鑭、鈰輕質(zhì)稀土元素為主的混合稀土金屬的加入量為0.1～0.15％。
全文摘要
一種無鉛噴金料，屬金屬化薄膜電容器端面噴涂用金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，包括錫，鋅，銻，銅，鋁，各組份的組成按重量百分比計(jì)分別為錫(Sn)40～79％，銻(Sb)0.5～2％，銅(Cu)0.01～0.5％，鋁(Al)1～15％，總量不大于0.1％的雜質(zhì)，其余為鋅(Zn)，各組份的重量百分比總和為100％；還可進(jìn)一步添加以鑭(La)、鈰(Ce)等輕質(zhì)稀土元素為主的混合稀土金屬(Re)，其加入量按重量百分比計(jì)為0.01～0.2％，優(yōu)先可為0.1～0.15％。本發(fā)明經(jīng)實(shí)際試用，證明本發(fā)明的無鉛噴金料用于金屬化薄膜電容器端面噴涂，可以一次成功，不必先噴涂底層，大大簡(jiǎn)化了噴金操作工藝，同時(shí)本發(fā)明還與現(xiàn)有噴金設(shè)備和工藝更具有良好的相容性。
文檔編號(hào)C22C30/00GK101050528SQ20071006855
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者戴國(guó)水 申請(qǐng)人:戴國(guó)水