專利名稱：：一種低熔點無鉛焊料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低熔點的無鉛焊料合金，特別是熔點低且無鉛的焊料A會
背景技術(shù)：
：在電子行業(yè)中，低溫焊料廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)中熱敏感元器件的焊接，以及電子元器件的分級釬焊(二次焊接)，也應(yīng)用于電視調(diào)諧器、火警報警器、溫控元件、空調(diào)安全保護器等行業(yè)中。傳統(tǒng)的低溫釬料是以Sn、Pb、Bi、Cd等金屬組成的三元或四元合金，其中Pb、Cd都屬于有害金屬元素。隨著科學(xué)發(fā)展和社會的進步，對電子產(chǎn)品的環(huán)保性能已經(jīng)提出了明確的要求和指標，在電子市場，沒有通過環(huán)保認證的電子元器件，正在逐漸被淘汰。特別是自2006年7月1日起，歐盟制定的WEEE指令(《電氣和電子產(chǎn)品廢棄物》)和RoHS指令(《限制在電氣電子設(shè)備中使用某些有害物質(zhì)》)已正式實施，該指令規(guī)定在該日期之后必須向歐洲消費者出售不含鉛的產(chǎn)品，這將會嚴重地限制和影響我國對歐洲等地區(qū)和國家進行的信息、家電、醫(yī)療等電氣和電子產(chǎn)品的出口。中國于2006年2月28日頒布，2007年3月1日施行的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》確定了對電子信息產(chǎn)品中含有的鉛、汞、鎘、六價鉻和多溴聯(lián)苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)等六種有毒有害物質(zhì)的控制采用目錄管理的方式，循序漸進地推進禁止或限制其使用。自20世紀80年代以來，在替代183°CSn-Pb共晶合金的無鉛軟釬料方面取得了一定的進展，如Sn畫Ag、Sn-Ag隱Cu、Sn-Zn、Sn-Bi等無鉛焊料，但對應(yīng)用于上述領(lǐng)域中的低熔點無鉛焊料合金，Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-Zn系列的無鉛焊料合金熔點太高(都在20(TC以上)，對于Sn-Bi系合金，共晶成分為Sn-58Bi，熔點為139°C，應(yīng)用前景廣泛。對于Sn-Bi系低溫釬料來說，在共晶成分的合金中，Bi含量較大，由于Sn-Bi系合金的凝固特征，Bi元素會大量偏析于晶界，Bi本身的脆性，會導(dǎo)致合金也變得很脆，延展性差，塑性急速下降，難以通過塑性成型工藝加工成絲狀釬料。金屬Bi在凝固時會發(fā)生體積膨脹，所以金屬Bi可用做"冷漲合金"。當焊料合金在凝固時，由于大量偏析于晶界的Bi元素發(fā)生"冷漲"的現(xiàn)象，引起形變而使得焊點與焊盤發(fā)生剝離的現(xiàn)象，導(dǎo)致焊點的可靠性變差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有低溫?zé)o鉛焊料合金的缺陷，提供一種改善脆性，提高延展性和可塑性，易于制成絲狀焊料，且焊點可靠性高的低熔點無鉛焊料合金。本發(fā)明所述的焊料合金，按重量百分比計，由以下組分組成Bi53.065.0，Cu0.020.5，Ag0.010,43，Ni0.010.4，RE0鹿0.6，余量為Sn。RE為混合稀土元素。由于Sn-58Bi共晶焊料合金中的Bi含量較大，Bi只能與Sn發(fā)生有限固溶，過飽和的Bi易單獨存在于基體之外形成脆硬相，導(dǎo)致焊料合金變硬且脆性增加，焊點易剝離。本發(fā)明的合金在對合金的熔點和成本影響不大的前提下，添加Cu、Ag、Ni等合金元素。由于固溶強化的作用，導(dǎo)致基體晶體點陣發(fā)生畸變，形成較大的內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生強化作用，且Bi更彌散地分布在基體上；同時添加的合金化元素能與Sn形成Sn-Cu、Sn-Ag及Sn-Ni金屬間化合物(IMCS)，成為了促進液態(tài)合金非均勻形核的"活化粒子"，增加了形核率，且生成的IMCs彌散地分布在晶界上，阻止晶粒進一步長大，細化了晶粒，合金的顯微組織更加均勻，細膩，改善了焊料合金的塑性，提高了焊點的可靠性。RE做為一種表面活性元素，也可促進合金凝固過程中的形核，對焊料合金起變質(zhì)均勻化的作用，使得合金組織細化、均勻，能改善焊料合金的塑性，降低焊料合金成絲的難度。同時提高釬焊接頭的時效服役強度，延長了焊點的使用壽命。但隨著RE含量的增加，會生成硬脆的稀土金屬間化合物，惡化焊料合金的性能，所以RE含量為0.0010.6X，優(yōu)選為0.0010.5%，更進一步為0.0010.3%。根據(jù)需要，還可加入少量Zn、Al、P、Ga、Sb、In、Cr、Fe、Mn或Co中的一種或幾種。具體實施例方式在本發(fā)明合金的制備過程中，由于Sn、Cu、RE、Ni的熔點差異加大，且RE容易燒損，為了精確地控制合金成分，保證合金質(zhì)量，采用了中間合金的形式加入各種合金元素，制備方法如下Sn-Cu中間合金將99.95。/。的精Sn加入到石墨坩堝中，熔化后升溫，至適當?shù)臏囟确秶?，加?9.95%的純Cu。精Sn與純Cu的質(zhì)量百分比按90:10配制，攪拌均勻，靜置，澆鑄成含Cu量為10。/。的Sn-Cu中間合金錠。Sn-RE中間合金將99.95。/。的精Sn加入到石墨坩堝中，熔化后升溫，至適當?shù)臏囟确秶?，加入高純RE。精Sn與RE的質(zhì)量百分比按97:3配制，攪拌均勻，靜置，澆鑄成含RE量為3。/。的Sn-RE的中間合金錠。Sn-Ni中間合金將99.95。/。的精Sn加入到石墨坩堝中，熔化后升溫，至適當?shù)臏囟确秶尤爰僋i。精Sn與Ni的質(zhì)量百分比按97:3配制，攪拌均勻，靜置，澆鑄成含Ni量為3.0。/。的Sn-Ni中間合金錠。按合金成分計算稱量好Sn-Cu中間合金錠、Sn-Ni中間合金錠、Sn-RE中間合金錠，將配好的合金成分采用坩鍋感應(yīng)熔煉，木炭或LiCl和KCl的混合熔鹽覆蓋。充分攪拌至完全熔化，靜置一段時間，澆鑄，得到的條狀、球狀、膏狀等產(chǎn)品形態(tài)?；蛉蹮捦戤吅?，控制熔體溫度在19023(TC時澆注成錠坯，盡量保持合金的凝固冷卻速度〉10(TC/s，因為冷卻速率增加，過冷度增大，促進形核，細化晶粒，區(qū)域偏析傾向減小，很大的過冷度，使得合金的初始結(jié)晶相的成分已接近焊料的原始成分，這樣能夠得到成分均勻的組織。將錠坯在6090。C進行熱擠壓或后繼再拉制成O0.82.0mm的絲狀產(chǎn)品。實施例見表l。表l實施例的元素成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注余量為Sn對上述實施例中的焊料合金，采用差示掃描量熱法(DSC)的方法測定熔點。測定金屬塑性的方法，最常用的是機械性能試驗方法，在試驗中可以確定兩個塑性指標——延伸率和斷面收縮率，延伸率表示金屬在拉伸軸方向上斷裂前的最大變形量，斷面收縮率反映在單向拉應(yīng)力和三向拉應(yīng)力作用下的塑性指標。按照日本工業(yè)標準JIS-Z-3198中的方法，在電子萬能拉伸機GP-TS2000/100KW上測試合金的延伸率和斷面收縮率。試驗結(jié)果如表2所示表2實施例的熔化特征、延伸率和斷面收縮率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>上表中的實施例合金和對比Sn-58Bi合金是在同一條件下制備和測試的。從表中可以看出，添加合金元素對合金的開始熔化溫度(即固相線)和熔化結(jié)束溫度(即液相線)影響并不是很大，保證合金在低溫條件下實現(xiàn)順利焊接。實施例合金的延伸率和斷面收縮率相比于Sn-58Bi合金都得到了很大的提高，說明添加的合金化元素起到了細化晶粒，防止了Bi的大量偏析，改善了合金的塑性，提高了焊點的可靠性。本發(fā)明并不局限于上述實施案例，在實際應(yīng)用過程中，可根據(jù)的不同領(lǐng)域不同的性能要求和不同的使用場合，選擇上述各實施案例中的合金成分；或者除上述實施案例以外的不同成分配比，但均不超過本發(fā)明申請的權(quán)利要求書的范圍。權(quán)利要求1.一種低熔點無鉛焊料合金，其特征是按重量百分比計，由以下組分組成∶Bi53.0～65.0，Cu0.02～0.5，Ag0.01～0.43，Ni0.01～0.4，RE0.001～0.6，余量為Sn。全文摘要一種低熔點無鉛焊料合金。按重量百分比計，由以下組分組成Bi53.0～65.0，Cu0.02～0.5，Ag0.01～0.43，Ni0.01～0.4，RE0.001～0.6，余量為Sn。它是一種改善脆性，提高延展性和可塑性，易于制成絲狀焊料，且焊點可靠性高的低熔點無鉛焊料合金。應(yīng)用于電子行業(yè)中熱敏感元器件的焊接，以及電子元器件的分級釬焊。文檔編號C22C12/00GK101392337SQ200810218780公開日2009年3月25日申請日期2008年10月31日優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日發(fā)明者張宇航,戴賢斌,蔡志紅,趙四勇,韓振峰申請人:廣州有色金屬研究院