專利名稱：：熱浸鍍錫銅線用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：
，特別是一種熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金。
背景技術(shù)：
：在傳統(tǒng)的焊料合金中，鉛一般使用于與錫形成焊料合金，以改善焊料的流動性、潤濕性及力學(xué)性能。但鉛是一種有毒的重金屬，對人體和環(huán)境會產(chǎn)生嚴(yán)重有害的作用。考慮到Sn/Pb焊料合金在操作時的工作環(huán)境、使用時的使用環(huán)境及該焊料合金被廢棄時對地球環(huán)境的危害，最好是避免使用鉛。因而，在焊料合金中避免使用鉛是一項國內(nèi)共同關(guān)心的重要課題。在形成無鉛焊料合金時，要求該焊料合金對于熱浸鍍錫銅線有良好的潤濕性、流動性及抗氧化性。因此，電子引線行業(yè)需要一種無鉛焊料合金來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Sn/Pb焊料合金。在當(dāng)前的電子引線行業(yè)使用無鉛焊料合金中，Sn-0.7Cu共晶合金由于價格便宜、原材料供應(yīng)充足、焊料合金元素易回收、機(jī)械性能良好等一系列特征而作為主要的無鉛焊料(熔點227°C)。然而，對于Sn-Cu系焊料合金來說，該焊料在熔煉過程中易產(chǎn)生結(jié)晶組織偏析現(xiàn)象；此外Sn-O.7Cu無鉛焊料合金在進(jìn)行鍍錫銅線熱浸鍍時存在較特殊問題包括兩點一是鍍錫銅線在熱浸鍍后，熱鍍層表面耐高溫的抗變色性差；其次是Cu基引線向熔融焊料內(nèi)的熔蝕。這兩種問題不僅改變了熔融焊料的成分，并且與Sn形成Cu6-Sn5金屬間化合物，相應(yīng)地增加了電子引線熱浸鍍工藝的難度，縮短了焊料的使用壽命。根據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，Ni可抑制Cu向熔融焊料合金中的溶解速度及提高Sn-Cu焊料合金的使用壽命；另外，由于Sn-Cu系無鉛焊料合金中的Sn的含量達(dá)99%以上，在熱浸鍍使用過程中與傳統(tǒng)Sn60/Pb40焊料相比會大大增加金屬氧化物的產(chǎn)生量。此外，無鉛焊料合金的抗氧化性能的提高也是本發(fā)明要解決的問題。
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，解決現(xiàn)有的Sn-Cu無鉛焊料合金在使用時焊料合金表面金屬氧化物產(chǎn)生量大、易產(chǎn)生結(jié)晶組織(柱狀結(jié)晶)偏析問題而提供一種以Sn為基礎(chǔ)材料、添加Al、Ga、M金屬元素組成的熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，包括以下化學(xué)成分且各化學(xué)成分的重量百分比是Al0.010.10%Ga0.050.腦Ni0.020.80%其余量為Sn。而且，在焊料合金中加入為焯料合金總重量的0.010.1%的P。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是-本發(fā)明所提供的熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，是在原Sn-Cu系焊料基礎(chǔ)上，通過加入Ni來提高焊料合金凝固結(jié)晶組織，流動性及成品率；通過添加Ga、Al來降低焊料合金熔點，改善潤濕性及熱浸鍍層抗變色性；通過添加P來提高焊料合金的抗氧化能力，以保持熱浸鍍層質(zhì)量的一致性。本發(fā)明總體上在實現(xiàn)電子引線熱浸鍍后，熱浸鍍凝固結(jié)晶組織致密性、均勻性及抗變色性均達(dá)到目標(biāo)，為熱浸鍍的質(zhì)量一致性提供有效保證，滿足熱浸鍍工藝的實際需要。具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明各化學(xué)成分的組成及重量百分比是Al0.010.10%Ga0.050.10%Ni0.020.腦其余量為Sn。此外，在焊料合金中還可加入為焊料合金總重量的0.010.1%的P。所涉及的熱浸鍍錫銅線用無鉛悍料合金必須要比現(xiàn)有的Sn-Cu系焊料合金具有合適的熔點，潤濕性極力學(xué)性能。下面說明本發(fā)明中各添加元素的作用基理及最佳含量。通過添加A1可改善無鉛焊料的強(qiáng)度，降低熔點抑制焊料與Cu基體界面化合物層成長。如向Sn基體中加入0.07%A1時可以在熱浸鍍工藝中抑制Cu引線基材的熔蝕，與傳統(tǒng)Sn-Pb焊料合金相比，熱浸鍍用無鉛焊料合金有著一系列優(yōu)點，包括高熱導(dǎo)率，低電阻率，機(jī)械性能及焊點可靠性等。在本發(fā)明中，不僅向Sn基材中加入少量的A1，并還添加了0.020.8%Ni;添加Ni的目的是為了控制Sn與Cu反應(yīng)形成的Cu6Sn5相金屬化合物的生長，并使這些形成的化合物溶解，改變其形態(tài)形成(Ni+Cu)6Sn5。因為Cu與Ni可以以任何比例固溶，用來控制Sn與Cu的反應(yīng)，事實證明在Sn-Cu焊料合金中添加適量Ni可使無鉛焊料在凝固中結(jié)晶致密，流動性提高，原因是由于添加Ni后抑制了高熔點的Cu6Sn5金屬化合物的柱晶粗大化，使柱晶尺寸顯著減小并減少了在熔融焊料合金中Cu6Sn5相的生成量。所以，對熱浸鍍工藝時的熔融焊料流動性顯著提高，促使熱浸鍍層表面積的增加，為熱浸鍍提供良好條件。Ni含量的最佳優(yōu)選是0.020.14%。在焊料合金添加Ni的基礎(chǔ)上，又添加了0.050.10%的Ga，添加Ga主要起到二方面的作用一是通過添加少量的Ga降低焊料合金熔點，改善熱浸鍍實際操作溫度過高問題，二是通過添加的Ga能與Sn固溶，改善焊料合金的潤濕性及提高熱浸鍍層的耐高溫變色問題，大大提高了熱浸鍍電子引線的實用性。Ga含量的最佳優(yōu)選是0.080.10%。由于焊料合金中Sn含量達(dá)99%以上，這樣會大大增加無鉛焊料合金于表面氧化物的產(chǎn)生量，直接影響熱浸鍍電子引線的表面質(zhì)量。因此，在本發(fā)明中，通過添加P阻止無鉛焊料合金表面氧化物的產(chǎn)生量。在本發(fā)明中，通過添加0.010.1%的P可以有效地阻止無鉛焊料合金表面的氧化程度，因為元素P的集膚效應(yīng)在焊料表面形成高度親氧集膚層薄膜，改變了原疏松的Sn氧化物結(jié)構(gòu)，形成了一層致密的表面膜，阻止焊料合金直接與周圍空氣中氧相互接觸(加P后的氧化反應(yīng)4P+502—2P205;Sn0+P205-SnOP205)，有效阻止無鉛焊料合金表面地進(jìn)一步的氧化，保證熱浸鍍工藝及電子引線鍍層質(zhì)量提供良好的工藝條件。如？添加量<0.01%，對熱浸鍍焊料浴的防氧化時間短也不明顯；添加>0.1%的P會影響熱浸鍍焊料的可操作性；同時，也會影響到熱浸鍍層的外觀。所以，對熱浸鍍工藝來講P的重量百分比優(yōu)選是0.010.1呢最佳優(yōu)選是0.010.05%。實施例1:一種熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，是由下列重量百分比的成分組成Al0.04、Ga0.09、Ni0.04、P0.02、Sn余量。實施例2:一種熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，是由下列重量百分比的成分組成Al0.04、Ga0.09、Ni0.02、P0.01Sn余量。對上述實施例的熱浸鍍錫銅線無鉛焊料合金與傳統(tǒng)的Sn-0.7Cu無鉛焊料合金，進(jìn)行抗氧化潤濕性及外觀等實驗，具體的實驗情況見表l。表1的各種數(shù)據(jù)充分表明本發(fā)明所提供熱浸鍍用無鉛焊料合金具有抗氧化性，抗變色性和優(yōu)異的熱浸鍍的實用性。熱浸鍍層外觀金屬光澤，外觀金屬結(jié)晶細(xì)致。該無鉛焊料合金不僅無毒，無污染，其綜合性能優(yōu)越，而且價格低廉，能夠滿足熱浸鍍工藝及電子引線熱浸鍍的要求。表1本發(fā)明實施例與傳統(tǒng)Sn-0.7Cu無鉛焊料性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，其特征在于包括以下化學(xué)成分且各化學(xué)成分的重量百分比是Al0.01～0.10％Ga0.05～0.10％Ni0.02～0.80％其余量為Sn。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，其特征在于在焊料合金中加入為焊料合金總重量的0.010.1%的P。全文摘要本發(fā)明涉及一種熱浸鍍錫銅線用無鉛焊料合金，它有以下重量百分比的化學(xué)成分組成Al0.01～0.10％；Ga0.05～0.10％；Ni0.02～0.80％；其余量為Sn。為了進(jìn)一步改善焊料合金的抗氧化性，在焊料合金中加入為焊料重量的0.01～0.1％的P。本發(fā)明無鉛焊料合金解決了Sn-Cu無鉛焊料合金在熱浸鍍時焊料與表面金屬氧化物產(chǎn)生量過高，熱浸鍍層在高溫時易氧化的問題。本發(fā)明提出的無鉛焊料合金在熱浸鍍工藝中特別適用，其焊料合金不僅具有良好的抗氧化性，流動性也好，熱浸鍍后鍍層結(jié)晶細(xì)致光亮，解決了熱浸鍍變色及熱浸鍍工藝實用性的問題。文檔編號B23K35/26GK101412159SQ200810153268公開日2009年4月22日申請日期2008年11月24日優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日發(fā)明者張錫哲,李忠印,鵬邱申請人:天津市宏遠(yuǎn)電子有限公司