专利名称：一种波峰焊用稀土无铅焊料合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无铅焊料合金，特别是一种波峰焊用无铅焊料合金。
背景技术：
Sn-Pb合金以其优异的润湿性、焊接性、导电性、力学性能、成本较低等特点，成为目前电子工业中电子封装与组装的典型的焊料合金。但是Pb及含Pb化合物是危害人类健康和污染环境的有毒有害物质。目前，日本、欧盟及美国都相继制订了自己的焊料无铅化进程，WEEE(Waste Electricaland Electronic Equipment)和RoHS(Resbiction ofHazrdous Subsfances)指令强制要求自2006年7月1日起，在欧洲商场上销售的电子产品颇为无铅的电子产品。现有波峰焊用无铅焊料合金中，Sn0.7Cu共晶合金以其价格便宜、原材料供应充足、焊料合金元素易回收、良好的机械性能、可加工性以及较传统SnPb焊料焊点高的可靠性等优点而成为波峰焊用无铅焊料的首先合金之一。然而，对于Sn-Cu系焊料合金来说，焊料合金在熔炼过程中易产生组织偏析现象，其铺展性尚显不足。高Sn含量的Sn-Cu系无铅焊料合金在使用过程中氧化倾向也会增大。此外，在波峰焊接过程中，Sn0.7Cu无铅焊料合金还存在着一些较突出的问题，如焊点的桥联和印刷电路基片中的Cu易发生向熔融焊料中的溶解。前者易造成焊点的短路现象，后者不仅导致熔融焊料成分的改变，并且还易形成Cu6Sn5金属间化合物相(该相密度低于Sn0.7Cu合金)导致熔融焊料合金易发生分层现象而缩短了焊料的使用寿命。总之现有技术中的任一种无铅焊料的至少在一个领域内存在不足，需进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波峰焊用稀土无铅焊料合金，它可解决Sn-Cu系无铅焊料合金在使用过程中焊料锅表面易氧化和焊点桥联以及润湿性不足等问题。
本发明的技术方案为一种波峰焊用稀土无铅焊料合金，包含以下重量百分比的成份Cu0.1～2.5％、P0.001～1.0％、Sn余量。
作为对本发明的进一步改进，在上述无铅焊料合金中，进一步添加重量0.001～1.0％的Ni和重量0.001～1.0％的稀土Ce或Er或Y或它们的组合。
作为对本发明的进一步改进，铜含量的优选范围为0.5～1.0％。
作为对本发明的进一步改进，P含量优选范围为0.005～0.5％。
作为对本发明的进一步改进，Ni的优选添加量为0.01～0.5％。
作为对本发明的进一步改进，稀土元素的优选含量为0.05～0.25％。
作为对本发明的进一步改进，上述无铅焊料合金可以加工形成焊锡条、焊锡棒、焊锡丝、焊锡球及焊膏等形式。
本发明的有益效果在于本发明所涉及的稀土无铅焊料合金具有比Sn0.7Cu无铅焊料合金更优良的钎焊性能。由于Sn-Cu系无铅焊料合金的锡含量高达99％，因此，使用过程中会增加焊料锅熔融焊料表面金属氧化物的产生量，添加0.001～1.0％元素P可有效地阻止焊料合金进一步的氧化。使用过程中，焊料锅内熔融焊料合金通过氧化反应(，)会在熔融焊料表面形成一层极薄的氧化膜，其可进一步阻碍焊料合金直接与周围空气的相互接触发生氧化反应。若元素P的加入量少于0.001％则抑制氧化效果不明显，但当元素P含量超过1％，则氧化现象严重将会劣化焊料合金的软钎焊性。本发明中在添加元素P的基础上进一步添加元素Ni，则一方面可抑制印刷电路Cu基片和元器件引脚中的Cu向熔融焊料合金的溶解，减少了熔融焊料中Cu6Sn5的生成量，延长了焊料的使用寿命；另一方面由于Ni可固溶于Cu6Sn5化合物相中，从而改变了该金属间化合物的形态，由针状转变为球状。而球状化合物对熔融焊料流动性的影响要小得多，从而减少桥联形成的可能性。当Ni含量小于0.001％时，其作用不明显，若添加Ni含量超过1.0％时，会使焊料性能变差，熔点升高。本发明中还添加了微量的稀土元素Ce或Er或Y或它们的组合以改善焊料合金的组织。由于稀土元素可以促进焊料合金在凝固过程中的形核，具有变质和均匀化作用，从而改善焊料合金的力学性能，显著提高焊料合金的抗蠕变疲劳性能。若稀土元素含量小于0.01％，其作用就不明显，若添加1％以上稀土元素会使焊料合金的性能变差，熔点升高。本发明中添加稀土元素还能改善焊料合金的润湿铺展性能。由于稀土元素为表面活性元素，添加适当的稀土元素含量可以降低熔融焊料合金的表面张力，改善焊料合金的润湿性能。本发明的无铅焊料合金可以加工形成焊锡条、焊锡棒、焊锡丝、焊锡球及焊膏等形式，可满足PCB组装、SMT表面贴装等所需要的无铅焊料合金。
具体实施例方式
实施例1本实施方式的无铅焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.7、P0.001、Ni0.1、Ce0.05，余量Sn，加工成波峰焊用焊锡条，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例2本实施方式的无铅焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.5、P0.005、Ni1.0、Er0.1，余量Sn，加工成波峰焊用焊锡棒，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例3本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.7、P0.01、Ni0.5、Ce0.001，余量Sn，加工成焊锡丝，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例4本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu1.0、P0.1、Ni0.001、Ce、Y0.25，余量Sn，加工成焊锡球，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例5本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.1、P0.5、Ni0.1、Ce、Y0.1，余量Sn，加工成焊膏等形式，用于SMT表面贴装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例6本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.7、P1.0、Ni0.01、Ce、Y0.1，余量Sn，加工成焊膏等形式，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例7本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.7、P0.1、Ni0.1、Ce、Y0.1，余量Sn，加工成波峰焊用焊锡条，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例8本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.7、P0.1、Ni0.1、Ce、Y0.1，余量Sn，加工成波峰焊用焊锡条，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
实施例9本实施方式的无铅软钎焊料合金由以下重量百分比的成份组成Cu0.7、P0.1、Ni0.1、Ce、Y1.0，余量Sn，加工成波峰焊用焊锡条，用于PCB组装，表面无氧化，具有良好的软钎焊性，焊料使用寿命长，焊点无桥联，润湿铺展性能好。
本发明包含但不限于上述实施例，只要无铅软钎焊料合金的Cu含量为0.1～2.5、P含量为0.001～1.0重量百分比，即属于本发明的保护范围。
权利要求
1.波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于它包含以下重量百分比的成份Cu0.1～2.5％、P0.001～1％，余量为Sn。
2.根据权利要求1所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于铜含量为0.5～1.0％。
3.根据权利要求1或2所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于P含量为0.005～0.5％。
4.根据权利要求3所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于上述无铅焊料合金中，进一步添加重量0.001～1.5％的Ni。
5.根据权利要求4所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于Ni的添加量为0.01～0.5％。
6.根据权利要求5所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于上述无铅焊料合金中，进一步添加重量0.001～1.0％的稀土Ce或Er或Y或它们的组合。
7.根据权利要求4所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于上述无铅焊料合金中，进一步添加重量0.001～1.0％的稀土Ce或Er或Y或它们的组合。
8.根据权利要求6所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于稀土元素的含量为0.05～0.25％。
9.根据权利要求7所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于稀土元素的含量为0.05～0.25％。
10.根据权利要求8或9所述的波峰焊用无铅焊料合金，其特征在于上述无铅焊料合金加工成焊锡条、焊锡棒、焊锡丝、焊锡球及焊膏任一种形式。
全文摘要
波峰焊用稀土无铅焊料合金涉及一种环保型软钎焊用的无铅焊料，特别是一种波峰焊用无铅焊料。它包含以下重量百分比的成分Cu0.1～2.5、P0.001～1.0、Sn余量。上述无铅焊料合金中，进一步添加重量0.01～1.5％的Ni。上述无铅焊料合金中，进一步添加重量0.001～1％的稀土Ce或Er或Y或它们的组合。其可解决现有的Sn－Cu系无铅焊料在使用过程中焊料锅表面金属氧化物过量和焊点桥联以及润湿性不足等问题。本发明的无铅焊料合金可以加工形成焊锡条、焊锡棒、焊锡丝、焊锡球及焊膏等形式，可满足PCB组装、SMT表面贴装等所需要的无铅焊料合金。
文档编号B23K35/02GK1974109SQ20061013688
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者刘梓旗, 刘梓葵 申请人:株洲斯特高新材料有限公司