專利名稱：錫鋅銅無鉛焊料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種錫鋅銅無鉛焊料，屬電子元器件焊接用錫鋅銅合金材料的制備技術領域。
背景技術：
鉛錫合金作為一種軟釬焊材料曾被極其廣泛的應用，但隨著人民生活水平的提高及世界經濟一體化的加劇，由于鉛對人的強烈毒性，引起了世界的極大關注并興起了無鉛化的趨勢?，F(xiàn)有對無鉛焊料的要求主要有1、鉛含量低于0.1％；2、熔點越接近鉛錫共晶合金越好；3、導電導熱性良好；4、有一定的強度，可加工性好；5、固相線與液相線之間的溫差要?。?、原料供應充足，價格低廉。
現(xiàn)有的無鉛焊料主要有兩種，一種是錫銀系列合金，如Sn3.5Ag是錫銀共晶合金，具有較低的熔化溫度221℃，但銀價昂貴，而為了降低其熔化溫度，通常的辦法是加入大量的鉍(Bi)和/或銦(ln)，但鉍的加入使合金變得硬而脆，不僅使加工困難，而且使釬焊接頭不能耐受沖擊，易于開焊，而銦的加入，因其儲量有限，價格高昂而使成本變得難以接受。
另一種無鉛焊料是錫銻系列合金，如Sn5Sb錫銻合金，雖具有較低的熔化溫度，但其固相線溫度為235℃，液相線溫度為240℃，其降低熔點的辦法和帶來的弊端與錫銀合金系列一樣。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種既能有效避免鉛在生產和使用過程中對環(huán)境和人體造成的危害，又具有優(yōu)異的焊接性能和電氣機械性能的錫鋅銅無鉛焊料。
本發(fā)明為錫鋅銅無鉛焊料，包含鋅，銅，錫等，其特征在于各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)5～10％，銅(Cu)0.5～3.5％，其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
本發(fā)明所述錫鋅銅合金作為一種無鉛焊料，其強度隨著鋅(Zn)含量的增加而提高。錫鋅銅合金在鋅(Zn)含量為9％時，是共晶合金，其熔點為198℃，與現(xiàn)有鉛錫合金的共晶溫度(183℃)相接近。如果鋅(Zn)的含量低于5％或高于10％，其合金的液相線溫度都會迅速升高，所以，本發(fā)明經多次試驗比較，確定鋅(Zn)的含量按重量百分比為5～10％，優(yōu)選可為6.5～9.5％，更優(yōu)選可為7.7～9.5％。
在錫鋅合金中加入銅(Cu)，可以改善其機械強度和延伸性，抑制銅箔或銅導線中銅向釬焊合金的熔出，從而使釬焊合金在采用浸焊工藝時，保持其成份的穩(wěn)定，并且使焊接接頭產生一個合理的銅的濃度梯度，改善其導電性能，銅(Cu)的加入還改善了整個無鉛焊料的導電、導熱性能，當銅(Cu)的加入量少于0.5％時，效果不夠顯著；而銅(Cu)的含量過大時，由于脆性錫銅化合物的產生，反而導致合金強度降低，當銅(Cu)含量大于3.5％時，又使合金的熔點急劇升高，所以，本發(fā)明經多次試驗比較，確定銅(Cu)的含量按重量百分比為0.5～3.5％，優(yōu)選可為0.5～2.5％，更優(yōu)選可為0.5～1％。
雜質含量的控制錫鋅銅合金中含有銻(Ti)，將嚴重影響合金的加工性能，使合金變脆，延伸率下降；而鐵(Fe)的存在，將產生硬脆相的金屬間化合物，同樣嚴重影響合金的機械性能和可加工性能；鉍(Bi)的存在雖然可降低合金熔點，但對合金的可加工性產生不良影響；鋁(Al)的存在使合金可焊性下降，氧化物夾雜增加；鉛(Pb)、鎘(Cd)和砷(Cs)都是劇毒物質，錫鋅銅合金作為無鉛焊料，本身就是為了避免鉛對人體的毒害，同樣不能允許鎘和砷的大量存在。因此，本發(fā)明經多次試驗比較，確定雜質中各組份的組成按重量百分比計可為銻(Ti)＜0.05％，鐵(Fe)＜0.08％，鉍(Bi)＜0.08％，鋁(Al)＜0.05％，鉛(Pb)≤0.04％，鎘(Cd)≤0.02％，砷(Cs)≤0.02％。而上述雜質的總和應≤0.3％。
本發(fā)明針對電子元器件焊料無鉛化的需要，經優(yōu)化設計及多次試驗比較研制而成，與現(xiàn)有技術相比具有以下突出優(yōu)點和積極效果1、液相線溫度低于230℃，固液相線的溫度差不超過30℃，使其在釬焊后可以較快的凝固，以防止在凝固過程中受到振動致使釬焊接頭開裂；2、具有良好的焊接性能和電氣機械性能；3、具有足夠的延伸性，易于加工。
本發(fā)明用于電子元器件的焊接，其焊縫強度、延展性等各項電氣機械性能均優(yōu)于現(xiàn)有的鉛錫焊料，且因其無鉛所以無毒，熔點比現(xiàn)有的鉛錫焊料稍高，只需稍作工藝參數(shù)調整，即能適應大部份原使用鉛錫焊料的焊機使用。
具體實施例方式
實施例1Sn5Zn1Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)5％、銅(Cu)1％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例2Sn7Zn3Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)7％、銅(Cu)3％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例3Sn8Zn1.5Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)8％、銅(Cu)1.5％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例4Sn8Zn2.5Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)8％、銅(Cu)2.5％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例5Sn9Zn0.5Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)9％、銅(Cu)0.5％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例6Sn9Zn0.7Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)9％、銅(Cu)0.7％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例7Sn9Zn3.5Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)9％、銅(Cu)3.5％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
實施例8Sn10Zn2Cu焊料，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅(Zn)10％、銅(Cu)2％、其余為錫(Sn)及總量不大于0.3％的雜質。
上述各實施例的雜質中各組份的組成按重量百分比計為銻(Ti)＜0.05％，鐵(Fe)＜0.08％，鉍(Bi)＜0.08％，鋁(Al)＜0.05％，鉛(Pb)≤0.04％，鎘(Cd)≤0.02％，砷(Cs)≤0.02％。
將上述各實施例制備的錫鋅銅無鉛焊料經測試，其強度、延伸率、電阻率、液相線溫度、固相線溫度等性能指標列表如下

本發(fā)明不局限于上述各實施例，在實際應用時，可根據(jù)不同領域不同性能要求的使用場合，選擇上述各實施例中的不同配比，或除上述各實施例以外的不同配比，但均不超出本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種錫鋅銅無鉛焊料，包含鋅，銅，錫，其特征在于各組份的組成按重量百分比計分別為鋅5～10％，銅0.5～3.5％，其余為錫及總量不大于0.3％的雜質。
2.按權利要求1所述的錫鋅銅無鉛焊料，其特征在于所述鋅的含量按重量百分比為6.5～9.5％。
3.按權利要求1或2所述的錫鋅銅無鉛焊料，其特征在于所述鋅的含量按重量百分比為7.7～9.5％。
4.按權利要求1所述的錫鋅銅無鉛焊料，其特征在于所述銅的含量按重量百分比為0.5～2.5％。
5.按權利要求1或4所述的錫鋅銅無鉛焊料，其特征在于所述銅的含量按重量百分比為0.5～1％。
6.按權利要求1，2或4所述的錫鋅銅無鉛焊料，其特征在于所述雜質中各組份的組成按重量百分比計為銻＜0.05％，鐵＜0.08％，鉍＜0.08％，鋁＜0.05％，鉛≤0.04％，鎘≤0.02％，砷≤0.02％。
全文摘要
一種錫鋅銅無鉛焊料，屬電子元器件焊接用錫鋅銅合金材料的制備技術領域，包含鋅，銅，錫等，各組份的組成按重量百分比計分別為鋅5～10％，銅0.5～3.5％，其余為錫及總量不大于0.3％的雜質。雜質中各組份的組成按重量百分比計為銻＜0.05％,鐵＜0.08％,鉍＜0.08％，鋁＜0.05％，鉛≤0.04％，鎘≤0.02％，砷≤0.02％。本發(fā)明針對電子元器件焊料無鉛化的需要，經優(yōu)化設計及多次試驗比較研制而成，用于電子元器件的焊接，其焊縫強度、延展性等各項電氣機械性能均優(yōu)于現(xiàn)有的鉛錫焊料，且因其無鉛所以無毒，熔點比現(xiàn)有的鉛錫焊料稍高，只需稍作工藝參數(shù)調整，即能適應大部分原使用鉛錫焊料的焊機使用。
文檔編號B23K35/26GK1562553SQ20041001727
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權日2004年3月25日
發(fā)明者戴國水, 金成煥 申請人:戴國水