无铅焊料合金.pdf

本发明提供了一种无铅焊料合金，其中，所述无铅焊料合金主要包括锡99％～99.96％；铜0.3％～0.9％；镍0.01％～0.06％；铋0.003％～0.01％。本发明所述之无铅焊料合金不仅解决了在喷锡过程时，电子组件上的铜箔容易熔蚀到无铅焊料合金中导致焊料合金铜含量升高的问题，而且有效降低了成本。

1.  一种无铅焊料合金，其特征在于，所述无铅焊料合金主要包括重量比为：
锡        99％～99.96％；
铜        0.3％～0.9％；
镍        0.01％～0.06％；
铋        0.003％～0.01％。

2.  根据权利要求1所述的无铅焊料合金，其特征在于，所述无铅焊料合金的最佳重量比为：
锡        99.06％；
铜        0.9％；
镍        0.03％；
铋        0.01％。

3.  根据权利要求1所述的无铅焊料合金，其特征在于，所述无铅焊料合金的优化重量比为：
锡        99.43％；
铜        0.5％；
镍        0.06％；
铋        0.01％。

4.  根据权利要求1所述的无铅焊料合金，其特征在于，所述无铅焊料合金的优化重量比为：
锡        99.13％；
铜        0.8％；
镍        0.06％；
铋        0.01％。

无铅焊料合金
技术领域
本发明涉及一种无铅焊料合金，尤其涉及一种用于电子组件焊接的无铅焊料合金。
背景技术
传统的用于电子电工生产的焊料合金如Sn-Pb合金包含有不易分解的金属铅，不仅容易造成对环境的污染，而且被人体吸收后不易排出体外，对人类健康造成影响，因此，可替代的无铅焊料的制造应运而生。
在Sn-Ag系合金中，Sn-3.5Ag合金为共晶成分，其熔点为224摄氏度，在用SnAgCu作焊料合金时，不仅钎焊温度高，对热非常敏感的电子组件容易造成热损坏，从而使电子组件性能下降，而且在无铅喷锡时，电子组件如PCB PAD等上的铜容易溶解到SnAgCu焊料合金中，导致SnAgCu焊料合金中的铜含量升高，而焊料流动性下降，从而难以控制喷锡厚度的平整度，并且利用SnAgCu作焊料合金成本高。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种用于电子组件焊接的无铅焊料合金，有效解决了无铅喷锡时，电子组件的铜箔容易熔蚀的问题。
为了解决上述问题，本发明采用了如下的技术方案：一种无铅焊料合金，其中，所述无铅焊料合金主要包括重量比为：
锡    99％～99.96％；
铜    0.3％～0.9％；
镍    0.01％～0.06％；
铋    0.003％～0.01％。
较佳的，本发明提供了一种无铅焊料合金，其中，所述无铅焊料合金的最佳重量比为：铜(Cu)0.9％、镍(Ni)0.03％、铋(Bi)0.01％，其余为锡(Sn)。
较佳的，本发明提供了一种无铅焊料合金，其中，所述无铅焊料合金的优化重量比为：铜(Cu)0.5％、镍(Ni)0.06％、铋(Bi)0.01％，其余为锡(Sn)。
较佳的，本发明提供了一种无铅焊料合金，其中，所述无铅焊料合金的优化重量比为：铜(Cu)0.8％；镍(Ni)0.06％；铋(Bi)0.01％，其余为锡(Sn)。
相较于先前技术，本发明提供了一种无铅焊料合金，不仅解决了在无铅喷锡过程中，印刷电路板的电子组件上的铜箔容易熔蚀到无铅焊料合金中，导致铜箔厚度偏低，且难以控制喷锡平整度及锡温的问题，而且有效降低了成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作出进一步详细说明。
实施例1：
将各种金属按以下重量比：
锡    99.06％；
铜    0.9％；
镍    0.03％；
铋    0.01％；
在一定条件下冶炼制成SnCuNiBi无铅焊料合金，该SnCuNiBi无铅焊料合金适用于印刷电路板表面处理的无铅喷锡工艺中，用以将PTH插件组件等电子组件焊接到印刷电路板及多层电路板的焊接区(LAND)或PTH孔上。
其中，在锡中增加了铋和铜，以提高焊接强度，而添加的镍不仅能抗铜熔蚀，在焊接过程中用于降低印刷电路板的电子元件上的铜溶解到锡中的速度，防止无铅焊料合金中由于铜含量升高导致流动性下降，而难以控制喷锡厚度的平整性及锡温，而且能够改变无铅喷锡表面形成的金属间化合物(IMC)的晶相结构，此改善的晶相结构能够增强抗疲劳寿命。
实施例2：
将各种金属按以下重量比：
锡    99.43％；
铜    0.5％；
镍    0.06％；
铋    0.01％；
在一定条件下冶炼制成SnCuNiBi无铅焊料合金，该SnCuNiBi无铅焊料合金适用于印刷电路板表面处理的无铅喷锡工艺中，用以将PTH插件组件等电子组件焊接到印刷电路板及多层电路板的焊接区(LAND)或PTH孔上。
其中，为提高焊接强度，在锡中增加了铋和铜，而添加的镍是在焊接过程中用于降低印刷电路板的电子元件上的铜溶解到锡中的速度，防止无铅焊料合金中由于铜含量升高导致流动性下降，而难以控制喷锡厚度的平整性及锡温。
实施例3：
将各种金属按以下重量比：
锡    99.13％；
铜    0.8％；
镍    0.06％；
铋    0.01％；
在一定条件下冶炼制成SnCuNiBi无铅焊料合金，该SnCuNiBi无铅焊料合金适用于印刷电路板表面处理的无铅喷锡工艺中，用以将PTH插件组件等电子组件焊接到印刷电路板及多层电路板的焊接区(LAND)或PTH孔上。
其中，为提高焊接强度，在锡中增加了铋和铜，而添加的镍是在焊接过程中用于降低印刷电路板的电子元件上的铜溶解到锡中的速度，防止无铅焊料合金中由于铜含量升高导致流动性下降，而难以控制喷锡厚度的平整性及锡温。
以下对几种焊料合金做抗疲劳测试、抗熔蚀测试以及焊接强度测试。
1.抗疲劳测试比较：
将同一批印刷电路板(PCB)表面用无铅喷锡工艺喷上SnCu、SnCuNiBi、SnAgCu合金，并将此喷有不同合金的PCB放置在120℃的温控箱内，分别在放入之前、放入192小时、768小时观察IMC层的厚度和晶相结构，结果发现SnCuNi在IMC增厚上都比SnCu和SnAgCu合金有很大的改善，SnCuNi的IMC增厚速率要慢；而且晶枝结构方面SnCuNi也同样比SnCu，SnAgCu有更大的优势。
2.抗熔蚀测试比较：
取4根直径300um的铜丝分别放在235℃SnPb焊料、254℃的SnCu和SnAgCu以及265℃的SnCuNiBi中，分别在第2、4、6、8分钟测量此铜丝的直径，实验数据参考表1：

表1
结果发现SnCuNi确实在抗铜熔蚀方面表现最好，验证了SnCuNi合金确实能够抗PCB的电子元件铜熔蚀问题。
3.焊接强度测试：
将用不同焊接合金焊接直径0.6mm的铜丝在直径2mm的PCB圆形PAD上，然后做推拉力测试，测试结果如下表2：

表2
由以上数据可见SnCuNiBi焊接强度最大。