专利名称：：一种低锡锌基无铅喷金焊料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种低锡锌基无铅喷金焊料，尤其涉及一种适用于电气分立器件中金属化聚酯薄膜电容器端面喷涂的低锡锌基无铅喷金焊料，属于电子工艺材料及电子制备
技术领域：
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背景技术：
：铅基喷金焊料长期以来作为薄膜电容器端面喷涂的导电材料，因具有诸多的优异性能，在电子工业中曾经占着主导地位，但是铅具有毒性，当废弃电子电器填埋处理时，焊料中的铅遇酸雨或地下水形成含铅的盐类，易溶于地下水，进入人类的供水链，而进入人体内，日积月累会导致铅中毒，中毒后铅又不易排除体外。而且铅基喷金焊料在使用过程中，也会给操作者带来极大的危害。而目前常用的无铅基喷金焊料一般其主要原料为贵重金属Sn(锡)，其含量最高可以达到90%以上，虽然在技术指标和实用工艺性能方面能够替代有毒的含铅喷金焊料，但是其成本太高，而不利于广泛应用。
发明内容本发明的目的是提出一种低锡锌基无铅喷金焊料及其制备方法，尤其提供一种适用于电器分立器件中金属化薄膜电容器端面喷涂的低锡锌基无铅喷金焊料，该喷金焊料具备高温下抗氧化能力强，润湿性好，焊接可靠，导电性及力学性能优于铅基喷金焊料，其主要性能指标和应用效果完全达到并超越现有无铅基喷金焊料的水平。克服了无铅喷金焊料成本高的缺陷，以及有铅喷金焊料容易导致铅中毒的不良现象。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种低锡锌基无铅喷金焊料，所述焊料合金中各化学原料的重量份为Sn1—10、Al0.1—4、Si0.01—0.5、Cu0.1—1、Sb0.08—1.2、Pd0.O卜O.5、NdO.OO卜O.01，Zn82-98;所述焊料合金中各化学原料的重量份优选为Sn3-9、Al0.2-3.5、Si0.04-0.4、Cu0.2-0.8、Sb0.09-1.1、Pd0.04-0.4、Nd0.004-0.007，Zn84—96;本发明还提供了一种低锡锌基无铅喷金焊料的制备方法，包括以下步骤(1)、按重量份称取上述各种原料，并把称好的Sn，放入容器中，加热熔化；(2)、将重量比为1:1的氯化锂和氯化钾混合做为覆盖剂，覆盖在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔绝空气中的氧气；(3)、将Sn液升温至900士50。C时，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，边加热边搅拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加热，静置25-35分钟后，除去混合覆盖剂，铸锭即为SnASiCuSbPdNd多元中间合金；(4)、将Zn置于另一容器中，加入上述覆盖剂后，加热使Zn熔化，并将其温度升至600士5(TC时加入(3)制备的多元中间合金，搅拌使中间合金熔化，均匀分散在Zn液中，停止加热，静置25-35分钟；(5)除去覆盖剂，将合金出容器凝固即得所述低锡锌基无铅喷金焊料。本发明是以Zn为主体的喷金焊料与Sn形成合金后，熔点低，强度高，而Zn的价格低，总成本大大下降，但是Zn是较活泼的金属元素，抗腐蚀性差，尤其在高温下极易氧化而影响可焊性。当在ZnSn合金中加入O.1%-4。/。的A1时，Al会在合金表面形成致密的惰性氧化物保护层，提高了ZnSN合金的抗氧化抗腐蚀性能，Al的延展性又好，使ZnSnAl合金便于加工，Al的成本也更低，但是Al的熔点约为660。C，Al的加入会提高ZnSnAl合金的熔点，但其熔化温度区间变宽，这将导致ZnSnAl合金的粘度增大，润湿性能降低，因此在加入Al的基础上，再加入一种硬而光滑，具有半导体性能的准金属元素晶体Si进行调整，其最佳用量为0.01-0.5%，这将大幅度降低合金的熔点和粘度，而不产生脆性，当用量低于0.01%时降低焊料熔点的作用不明显，而且大于0.05%时又影响焊料的导电性，导电率呈下降趋势。为了提高ZnSnAlSi合金的润湿性，保证可靠的焊接性能，加入适量Cu。Cu与Zn又能生成ZnCu金属间化合物，当Cu的加入量为0.1%-1%时会逐渐减少Zn元素在熔化焊料表面氧化，显著减低熔态焊料的表面张力，减小焊料与被焊部位的接触角，改善焊料的润湿状态，从而大大提高焊料的可焊性能。当Cu含量低于O.1%时，润湿效果不明显，而Cu加入量达线时，合金的抗氧化性和润湿性又最好，但是当加入量大于0.7%时，由于生成的金属间化合物过多又会使焊料变脆延展性受影响。为了解决这个缺陷在合金中加入适量质地柔软具有良好延展性和可塑性的Pd元素，进行修正，Pd的加入还大大提高了低电流下合金的导电性能。焊料中加入适当的Sb对焊点的拉伸和剪切强度十分有利，最佳用量为0.08%-1.2%本合金焊料中Zn为主要金属原料，Zn与Sn、Al、Si、Cu、Sb、Pd。各金属或准金属元素形成的多元合金焊料具有抗氧化，耐腐蚀性能强，润湿性好，可焊性高的优良电性能。但合金焊料的微观组织结构和力学性能还不够理想，稀土元素的特有性能可以有效地改变合金的综合性能，在现有的稀土元素中，通过应用实验表明镧(La)的原料稀少而贵重不易大量采购。铈(Ce)的加入即使用量极微也会使焊料在熔态下发粘，流动性也不好，搅拌熔态焊料反而加速焊料的氧化。其它一些稀土元素加入后也不利于焊接工艺要求。微量的活泼稀土元素Nd在液态下不但很容易聚集在合金焊料的界面和表面，使合金的表面能明显下降，增大了与被喷涂表面的润湿力，而且细化了合金焊料的金相组织，改善了合金焊料的力学性能提高了延展性和剪切强度。其最佳使用0.001%-0.01%本发明一种低锡锌基无铅喷金焊料具有以下优点-1、本发明是针对无铅喷金焊料成本髙，传统铅基喷金焊料容易导致铅中毒的不良现象，采用只以Zn为主体的喷金焊料与Sn等金属元素形成合金后，熔点低，强度高，而Zn的价格低，从而总成本大大下降，达到成本低，效果佳的目的。2、本发明喷金焊料在高温下抗氧化能力强，润湿性好，焊接可靠，导电性及力学性能优于铅基喷金焊料，其主耍性能指标和应用效果完全达到并超越于现有无铅基喷金焊料的水平.为了证明和评估本发明低Sn锌基无铅喷金焊料的综合性能，以实施例1-实施8方案为配比，同时选取了目前常用的国产含A1喷金焊料和无铅喷金焊料各一种作为对比例，经原子吸收光谱仪测定其化学原料分别为对比l含铅喷金焊料Sn41%，Zn2.2%，Sbl.1%，BiO.4%，余量Pb对比2无铅喷金焊料Sn68.2%，Sbl.2%CuO.37%余量Zn、实施例1-实施例8及对比例综合性能评估结果见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>从表中的测试数据可以看出本发明具有抗氧化性强，高温出渣少，润湿性好，机械强度较高，抗蠕变性能和电气性能均优于铅基和现有的无铅喷金焊料同类产品，原料成本大大低于现有无铅喷金焊料。具体实施方式实施例1原料(Kg)Snl、A10.8、Si0.1、CuO.2、SbO.08、Pd0.04、Nd0.005、Zn97制备方法(1)、按重量百分比称取各种原料，并把称好的Sn先放入石墨坩埚中，加热熔化。(2)、将重量比为1:1的氯化锂和氯化钾混合做为覆盖剂，完全覆盖在熔化的Sn液面上，厚度为3毫米，使Sn液面隔绝空气中的氧气。(3)、将Sn液升温至85(TC时，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd、每加入一种金属都需用干燥的木棒搅拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加热，静置25分钟后，除去混合覆盖剂，铸锭为SnAlSiCuSbPdNd多元中间合金(4)、将Zn置于另一石墨坩埚中，加入上述覆盖剂后，加热使Zn熔化，并将其温度升至55(TC时加入(3)制备的多元中间合金，用干燥木棒搅拌使中间合金熔化，均匀分散在Zn液中，停止加热，静置25分钟。(5)除去覆盖剂，将合金出锅凝固即得所述低锡锌基无铅喷金焊料。实施例2原料(Kg)Sn10、Al4、Si0.4、Cu0.8、Sb1、Pd0,3、Nd0.01、Zn83制备方法(1)、按重量份称取各种原料，并把称好的Sn，放入容器中，加热熔化；(2)、将重量比为1:1的氯化锂和氯化钾混合做为覆盖剂，覆盖在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔绝空气中的氧气；(3)、将Sn液升温至900。C时，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，边加热边搅拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加热，静置30分钟后，除去混合覆盖剂，铸锭即为SnAlSiCuSbPdNd多元中间合金；(4)、将Zn置于另一容器中，加入上述覆盖剂后，加热使Zn熔化，并将其温度升至60(TC时加入(3)制备的多元中间合金，搅拌使中间合金熔化，均匀分散在Zn液中，停止加热，静置30分钟；(5)除去覆盖剂，将合金出容器凝固即得所述低锡锌基无铅喷金焊料。实施例3原料(Kg)Sn7、Al2、Si0.2、Cu1、Sb1.1、Pd0.4、Nd0.001、Zn88制备方法(1)、按重量份称取各种原料，并把称好的Sn，放入容器中，加热熔化；(2)、将重量比为1:1的氯化锂和氯化钾混合做为覆盖剂，覆盖在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔绝空气中的氧气；(3)、将Sn液升温至950。C时，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，边加热边搅拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加热，静置35分钟后，除去混合覆盖剂，铸锭即为SnAlSiCuSbPdNd多元中间合金；(4)、将Zn置于另一容器中，加入上述覆盖剂后，加热使Zn熔化，并将其温度升至65CTC时加入(3)制备的多元中间合金，搅拌使中间合金熔化，均匀分散在Zn液中，停止加热，静置35分钟；(5)除去覆盖剂，将合金出容器凝固即得所述低锡锌基无铅喷金焊料。实施例4原料(Kg)Sn5、Al1、Si0.04、Cu0.2、Sb1.2、Pd0.01、Nd0.003、Zn92制备方法，同实施例l实施例5原料(Kg)Sn9、Al0.1、Si0.01、Cu0.1、Sb0.09、Pd0.5、Nd0.007、Zn90制备方法，同实施例l实施例6原料(Kg)Sn8.5、Al3.5、Si0.34、Cu0.7、Sb1.05、Pd0.35、Nd0.004、Zn85制备方法，同实施例l实施例7原料(Kg)Sn1、Al0.2、Si0.3、Cu0.6、Sb1、Pd0.4、Nd0.006、Zn96制备方法，同实施例l实施例8原料(Kg)Sn3、Al0.4、Si0.4、Cu0.5、Sb1.2、Pd0.2、Nd0.01、Zn94制备方法，同实施例l权利要求1、一种低锡锌基无铅喷金焊料，所述焊料合金中各化学原料的重量份为Sn1-10、A10.1-4、Si0.01-0.5、Cu0.1-1、Sb0.08-1.2、Pd0.01-0.5、Nd0.001-0.01，Zn82-98；2、根据权利要求1的一种低锡锌基无铅喷金焊料，所述焊料合金中各化学原料的重量份为Sn3-9、Al0.2-3.5、Si0.04-0.4、Cu0.2-0.8、Sb0.09-1.l、Pd0.04-0.4、Nd0.004-0.007，Zn84-96;3、权利要求1-2之一的一种低锡锌基无铅喷金焊料的制备方法，包括以下步骤(1)、按权利要求1-2之一重量份称取各种原料，并把称好的Sn，放入容器中，加热熔化；(2)、将重量比为l:1的氯化锂和氯化钾混合做为覆盖剂，覆盖在熔化的Sn液面上，使Sn液面隔绝空气中的氧气；(3)、将Sn液升温至900士50。C时，依次加入A1、Si、Cu、Sb、Pd、Nd，边加热边搅拌。以加速熔化，待全部熔化后，停止加热，静置25-35分钟后，除去混合覆盖剂，铸锭即为SnAlSiCuSbPdNd多元中间合金；(4)、将Zn置于另一容器中，加入上述覆盖剂后，加热使Zn熔化，并将其温度升至600士5(TC时加入(3)制备的多元中间合金，搅拌使中间合金熔化，均匀分散在Zn液中，停止加热，静置25-35分钟；(5)除去覆盖剂，将合金出容器凝固即得所述低锡锌基无铅喷金焊料。全文摘要一种低锡锌基无铅喷金焊料，所述焊料合金中各化学原料的重量份为Sn1-10、Al0.1-4、Si0.01-0.5、Cu0.1-1、Sb0.08-1.2、Pd0.01-0.5、Nd0.001-0.01，Zn82-98。本发明喷金焊料具备高温下抗氧化能力强，润湿性好，焊接可靠，导电性及力学性能优于铅基喷金焊料，其主要性能指标和应用效果完全达到并超越现有无铅基喷金焊料的水平，克服了无铅喷金焊料成本高的缺陷，以及有铅喷金焊料容易导致铅中毒的不良现象。文档编号B23K35/28GK101439444SQ20081018785公开日2009年5月27日申请日期2008年12月24日优先权日2008年12月24日发明者飞丁申请人:飞丁