一种高抗氧化无铅焊料.pdf

摘要
申请专利号：	CN201110295191.5	申请日：	2011.09.29
公开号：	CN103028863A	公开日：	2013.04.10
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):B23K 35/26申请日:20110929授权公告日:20160120终止日期:20160929\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B23K 35/26申请日:20110929\|\|\|公开
IPC分类号：	B23K35/26	主分类号：	B23K35/26
申请人：	郴州金箭焊料有限公司
发明人：	胡洁
地址：	423000 湖南省郴州市经济技术开发区科技工业园
优先权：
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内容摘要

本发明公开了一种SnAgCu基高抗氧化无铅焊料，其中，焊料的组分及质量百分比为0.3~3.0的银、0.1~1.5的铜及余量的锡，在此基础上，添加0~1.0的镓、0~1.0的锗、0~0.7的锑、0-0.2的镍及微量的铈、钕。通过中间合金的方式对SnAgCu基焊料添加不同配比的金属元素，焊料的抗氧化性得到了极大的提高，同时具有良好的润湿性、蠕变性及抗拉强度，机械性能良好，可广泛适用于电子封装软钎焊接。

权利要求书

权利要求书一种高抗氧化无铅焊料，其特征在于由以下质量百分比的组分组成：
Ag：0.3~3.0%，Cu：0.1~1.5%，Ga：0~1%，Ge：0~0.5%，Sb：0~0.7%，Ni：0~0.2%，Ce：0~0.1%，Nd：0~0.1%，余量为Sn。
根据权利要求1所述的一种高抗氧化无铅焊料，其特征在于其成分的质量百分比优选为：
Ag：0.3~1.0%，Cu：0.2~1.2%，Ga：0.01~0.5%，Ge：0.01~0.2%，Sb：0.1~0.5%，Ni：0.01~0.08%，Ce：0.005~0..08%，Nd：0.005~0..08%，余量为Sn。

说明书

说明书一种高抗氧化无铅焊料
技术领域
本发明涉及了一种应用于电子工业软钎焊用的无铅钎料合金，进一步来说，是一种可用于较高温度的工作环境下的高抗氧化且机械性能优良的SnAgCu系无铅焊料合金。
背景技术
锡铅钎料有着成本低、熔点低、机械性能优良的特点，但由于铅的毒害性，在钎料生产及人类使用的过程中带来了不可避免的污染和伤害，自2006年欧盟RoHS法令对六种有害物质最大限量值规定的实施以来，越来越多的无铅钎料代替了锡铅钎料应用于电子封装技术领域，而SnAgCu系焊料以其良好的力学性能成为焊接领域普遍认可的锡铅焊料代替品的首选。
但是SnAgCu系无铅焊料成本高，其抗氧化性的强弱将会对焊点的力学强度，导电性及锡渣的生成造成影响，为改变这种现象，通常采用加入抗氧化剂的方法对无铅焊料进行改性。
中国公开号为CN102039496A的发明专利，公开了一种抗氧化低银无铅钎料及其生产方法，通过添加一定量的Ga、P提高钎料的抗氧化性，但是由于P在合金中不易分散，且会在金属分离的表面形成一层致密的集肤层，对进一步加工带来困难，同时对焊剂的要求高，影响后续的焊接效果。
中国公开号为 CN101992362A的发明专利，公开了一种适宜制粉的具有抗氧化能力的无铅焊料合金，加入Ge可抑制焊料的进一步氧化，同时细化晶粒，但其抗氧化性不能得到很高的保障，同时通过添加Sb对润湿性有一定的改善。
发明内容
本发明采用中间合金的方法制备SnAgCu基无铅焊料，通过添加不同配比的金属元素，对焊料的抗氧化性、润湿性、蠕变性、力学强度等性能进行改善，最终获得综合性能良好，可用于较高温度的工作环境下的高抗氧化无铅焊料合金。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种SnAgCu基高抗氧化无铅焊料，以重量百分比计，包括以下成分：Ag 0.3~3.0wt%，Cu 0.1~1.5 wt%，Ga 0~1.0 wt%，Ge 0~0.5 wt%、Sb 0~0.7 wt%、Ni 0‑0.2 wt%，Ce 0‑0.1 wt%、Nd 0‑0.1 wt%，Sn为余量。
其中，考虑到无铅焊料的成本，优选Ag的含量在0.3~1.0wt%，所得的无铅焊料合金的接近Ag含量为3.0wt%的合金的润湿性。
所述的的Cu元素，随着其含量的增加，提高了焊料的抗拉强度，增加合金的润湿性，当Cu含量过高，易形成金属间化合物（IMC）Cu6Sn5，降低了焊点的可靠性，故优选Cu含量为0.2‑1.2wt%。
所述的Ga由于对合金具有较强的净化效果和集肤效应，有很好的抗氧化效果，能均匀分布在金属粉末的表面，优选Ga为0.01~0.5wt%。
所述的Ge同样对合金具有净化效果和集肤效应，提高了合金的抗氧化性，同时可细化晶粒，使晶粒的微观组织结构均匀化，优选Ge含量为0.01~0.2wt%。
所述的Sb元素可以改善合金的润湿性，提高合金的硬度及抗拉强度，延长疲劳寿命，优选其含量为0.1~0.5wt%。
所述的Ni元素，熔点高(1445oC)，可抑制IMC的生长，细化焊料微观组织及提高力学性能，如抗冲击性能，优选其含量为0.01~0.08wt%。
所述的稀土元素Ce、Nd，为表面活性元素，可降低也太焊料的表面张力，提高了焊料合金的铺展和润湿性，细化组织，抑制IMC的生长，但当其含量大于0.1wt%时，由于稀土元素化学性质活泼，易氧化，会在钎焊过程产生氧化渣，会对其润湿性和铺展性造成一定的负面影响，故优选为0.005~0.08wt%。
本发明通过中间合金的方式，制备SnAgCu基高抗氧化无铅焊料，方法如下：
1.将本发明中需要添加的配料元素Ni、Ce、Nd分别按5:95，4:96，4:96的比例与Sn熔炼成合金；
2.在熔炉中加入0.3~1.0wt%的银，0.2~1.2wt%的铜，0.01~0.5wt%的镓，0.01~0.2wt%的锗，0.1~0.5wt%的锑，0.2~1.6wt%锡镍合金，1.25~2wt%的锡铈合金，1.25~2wt%的锡钕合金及剩余的精锡，至熔化，搅拌均匀，恒温保温半个小时，浇注过程快速冷却成焊料合金。
附图说明
图1为具体实施例中润湿性的比较，在使用相同的松香型焊剂的条件下，得到对照例与实施例的润湿角的比较。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。
表1：对照例与实施例成分表。

以上实施例均可按下述方法生产：
（1）将按比例称量好的精锡放入熔炉中，加热至320oC，在搅拌的条件下依次加入银、铜，持续升温至380oC，恒温保持20分钟；
（2）依次加入锡镍合金、锡铈合金、锡钕合金并搅拌30分钟；
（3）继续升温并搅拌，在400 oC的条件下加入镓、锗，恒温420 oC，搅拌10分钟；
（4）恒温搅拌30分钟，浇注过程快速冷却，制成锡锭，可进一步制成锡条、锡线及锡粉等。
表2：锡渣及焊点比较。实施例加热温度保持时间锡渣率%焊点光泽对比例380241.853较光亮1380241.117光亮2380240.878金属光泽3380240.723金属光泽4380241.022光亮5380240.954金属光泽
经上述试验可知，镓、锗的添加大大提高了焊料合金的抗氧化性，锡渣产率降低，且焊点有光泽，同时，控制银、锑、铈及钕的添加比例，得到焊接过程润湿角在0~30o之间，润湿性为优，相比较SnAgCu焊料合金（润湿性良）有了较大的提高，这说明按照本发明配方及制备方法所得的SnAgCu基焊料合金能够满足高抗氧化及优良的润湿性的要求，并保证了其相应的力学性能。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103028863 A (43)申请公布日 2013.04.10 C N 1 0 3 0 2 8 8 6 3 A *CN103028863A* (21)申请号 201110295191.5 (22)申请日 2011.09.29 B23K 35/26(2006.01) (71)申请人郴州金箭焊料有限公司地址 423000 湖南省郴州市经济技术开发区科技工业园 (72)发明人胡洁 (54) 发明名称一种高抗氧化无铅焊料 (57) 摘要本发明公开了一种SnAgCu基高抗氧化无铅焊料，其中，焊料的组分及质量百分比为0.33.0 的银、0.11.5的铜及余量的锡，在此。

2、基础上，添加01.0的镓、01.0的锗、00.7的锑、0-0.2 的镍及微量的铈、钕。通过中间合金的方式对 SnAgCu基焊料添加不同配比的金属元素，焊料的抗氧化性得到了极大的提高，同时具有良好的润湿性、蠕变性及抗拉强度，机械性能良好，可广泛适用于电子封装软钎焊接。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页说明书3页附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 3 页附图 1 页 1/1页 2 1.一种高抗氧化无铅焊料，其特征在于由以下质量百分比的组分组成： Ag：0.33.0%，Cu：0.11.5%，Ga：01%，Ge：00.5。

3、%，Sb：00.7%，Ni：00.2%，Ce： 00.1%，Nd：00.1%，余量为Sn。 2.根据权利要求1所述的一种高抗氧化无铅焊料，其特征在于其成分的质量百分比优选为： Ag：0.31.0%，Cu：0.21.2%，Ga：0.010.5%，Ge：0.010.2%，Sb：0.10.5%，Ni： 0.010.08%，Ce：0.005008%，Nd：0.005008%，余量为Sn。权利要求书CN 103028863 A 1/3页 3 一种高抗氧化无铅焊料技术领域 0001 本发明涉及了一种应用于电子工业软钎焊用的无铅钎料合金，进一步来说，是一种可用于较高温度的工作环境下的高抗。

4、氧化且机械性能优良的SnAgCu系无铅焊料合金。背景技术 0002 锡铅钎料有着成本低、熔点低、机械性能优良的特点，但由于铅的毒害性，在钎料生产及人类使用的过程中带来了不可避免的污染和伤害，自2006年欧盟RoHS法令对六种有害物质最大限量值规定的实施以来，越来越多的无铅钎料代替了锡铅钎料应用于电子封装技术领域，而SnAgCu系焊料以其良好的力学性能成为焊接领域普遍认可的锡铅焊料代替品的首选。 0003 但是SnAgCu系无铅焊料成本高，其抗氧化性的强弱将会对焊点的力学强度，导电性及锡渣的生成造成影响，为改变这种现象，通常采用加入抗氧化剂的方法对无铅焊料进行改性。 0004 中国。

5、公开号为CN102039496A的发明专利，公开了一种抗氧化低银无铅钎料及其生产方法，通过添加一定量的Ga、P提高钎料的抗氧化性，但是由于P在合金中不易分散，且会在金属分离的表面形成一层致密的集肤层，对进一步加工带来困难，同时对焊剂的要求高，影响后续的焊接效果。 0005 中国公开号为 CN101992362A的发明专利，公开了一种适宜制粉的具有抗氧化能力的无铅焊料合金，加入Ge可抑制焊料的进一步氧化，同时细化晶粒，但其抗氧化性不能得到很高的保障，同时通过添加Sb对润湿性有一定的改善。发明内容 0006 本发明采用中间合金的方法制备SnAgCu基无铅焊料，通过添加不同配比的金属元。

6、素，对焊料的抗氧化性、润湿性、蠕变性、力学强度等性能进行改善，最终获得综合性能良好，可用于较高温度的工作环境下的高抗氧化无铅焊料合金。 0007 本发明的目的通过以下技术方案实现：一种SnAgCu基高抗氧化无铅焊料，以重量百分比计，包括以下成分：Ag 0.33.0wt%， Cu 0.11.5 wt%，Ga 01.0 wt%，Ge 00.5 wt%、Sb 00.7 wt%、Ni 0-0.2 wt%，Ce 0-0.1 wt%、Nd 0-0.1 wt%，Sn为余量。 0008 其中，考虑到无铅焊料的成本，优选Ag的含量在0.31.0wt%，所得的无铅焊料合金的接近Ag含量为3.0wt%的合金的。

7、润湿性。 0009 所述的的Cu元素，随着其含量的增加，提高了焊料的抗拉强度，增加合金的润湿性，当Cu含量过高，易形成金属间化合物（IMC）Cu 6 Sn 5 ，降低了焊点的可靠性，故优选Cu含量为0.2-1.2wt%。 0010 所述的Ga由于对合金具有较强的净化效果和集肤效应，有很好的抗氧化效果，能均匀分布在金属粉末的表面，优选Ga为0.010.5wt%。说明书CN 103028863 A 2/3页 4 0011 所述的Ge同样对合金具有净化效果和集肤效应，提高了合金的抗氧化性，同时可细化晶粒，使晶粒的微观组织结构均匀化，优选Ge含量为0.010.2wt%。 0012 所述的。

8、Sb元素可以改善合金的润湿性，提高合金的硬度及抗拉强度，延长疲劳寿命，优选其含量为0.10.5wt%。 0013 所述的Ni元素，熔点高(1445 o C)，可抑制IMC的生长，细化焊料微观组织及提高力学性能，如抗冲击性能，优选其含量为0.010.08wt%。 0014 所述的稀土元素Ce、Nd，为表面活性元素，可降低也太焊料的表面张力，提高了焊料合金的铺展和润湿性，细化组织，抑制IMC的生长，但当其含量大于0.1wt%时，由于稀土元素化学性质活泼，易氧化，会在钎焊过程产生氧化渣，会对其润湿性和铺展性造成一定的负面影响，故优选为0.0050.08wt%。 0015 本发明通过中间合金。

9、的方式，制备SnAgCu基高抗氧化无铅焊料，方法如下： 1.将本发明中需要添加的配料元素Ni、Ce、Nd分别按5:95，4:96，4:96的比例与Sn熔炼成合金； 2.在熔炉中加入0.31.0wt%的银，0.21.2wt%的铜，0.010.5wt%的镓，0.010.2wt% 的锗，0.10.5wt%的锑，0.21.6wt%锡镍合金，1.252wt%的锡铈合金，1.252wt%的锡钕合金及剩余的精锡，至熔化，搅拌均匀，恒温保温半个小时，浇注过程快速冷却成焊料合金。附图说明 0016 图1为具体实施例中润湿性的比较，在使用相同的松香型焊剂的条件下，得到对照例与实施例的润湿角的比较。具体实。

10、施方式 0017 下面结合具体实施例，进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。 0018 表1：对照例与实施例成分表。 0019 以上实施例均可按下述方法生产：（1）将按比例称量好的精锡放入熔炉中，加热至320 o C，在搅拌的条件下依次加入银、铜，持续升温至380 o C，恒温保持20分钟；（2）依次加入锡镍合金、锡铈合金、锡钕合金并搅拌30分钟；（3）继续升温并搅拌，在400 oC 的条件下加入镓、锗，恒温420 oC ，搅拌10分钟；（4）恒温搅拌30分钟，浇注过程快速冷却，制成锡锭，可进一步制成锡条、锡线及锡粉说明书CN 103028863 A 3/。

11、3页 5 等。 0020 表2：锡渣及焊点比较。实施例加热温度保持时间锡渣率%焊点光泽对比例380 24 1.853较光亮 1 380 24 1.117光亮 2 380 24 0.878金属光泽 3 380 24 0.723金属光泽 4 380 24 1.022光亮 5 380 24 0.954金属光泽 0021 经上述试验可知，镓、锗的添加大大提高了焊料合金的抗氧化性，锡渣产率降低，且焊点有光泽，同时，控制银、锑、铈及钕的添加比例，得到焊接过程润湿角在030 o 之间，润湿性为优，相比较SnAgCu焊料合金（润湿性良）有了较大的提高，这说明按照本发明配方及制备方法所得的SnAgCu基焊料合金能够满足高抗氧化及优良的润湿性的要求，并保证了其相应的力学性能。说明书CN 103028863 A 1/1页 6 图1 说明书附图CN 103028863 A 。

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