专利名称：一种锡-锌基复合焊料的制作方法
技术领域：
本发明属于电子器件焊接及表面封装材料领域，特别涉及一种低熔点的复合无铅合金焊料。
背景技术：
电子产品中由于使用了大量含1 的焊料进行封装，而1 是一种有毒物质，因此对人类健康造成了严重的威胁。随着RoHS指令(关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令)和WEEE指令(关于废旧电子电气设备指令)在欧盟议会获得批准，电子产品在2006 年7月1日后将禁止含此。因此，世界各国目前正在积极开展无铅焊料领域的研究。关于无铅焊料的研究主要集中在Sn-Ag、Sn-ai和Sn-Cu等合金系。其中Sn-Si系焊料由于熔点最为接近传统焊料，有望成为新一代的无铅焊料。然而，Sn-Si 二元合金在铜表面的润湿性差、且抗氧化性不良，不能直接用于电子产品。近几年来，采用合金化方法改善Sn-ai系焊料润湿性的研究取得了一定的进展，并且已有少量的Sn-ai系合金投入实际应用。但是，由于Sn-ai系合金的润湿性、抗氧化性问题并没有得到根本解决，在实际生产中往往要求增加焊剂活性或气氛保护以帮助焊料获得良好的润湿，因此这种焊料难以被推广应用。中国专利CN 200810019336. 7公开了一种Sn-Si基无铅焊料，在焊料的基础上加入Al和Nd，改善了合金的润湿性及抗氧化性。中国专利CN200510038181. 8公开了一种加入Bi的Sn-Si基无铅焊料，降低合金熔点的同时提供了润湿性。中国专利CN0214 12公开了一种加入含量不高于0. 5%的!^e、Co、Ni元素的Sn-Cu 基无铅焊料，三种元素的作用是改善了焊料的力学性能和可靠性。中国专利CN200510013430公开了一种氧化锆纳米颗粒增强型锡银复合焊料及其制备方法，以氧化锆作为增强相提高了锡银焊料的硬度及可靠性。综上所述，在无铅焊料领域，提高润湿性的方法多采用合金化方法，在Sn-Si焊料中加入的元素包括Al、Bi及稀土元素；Ni、Co、Fe等高熔点元素常用来提高焊料的力学性能，主要以合金化的方式加入；以颗粒方式加入增强相的无铅焊料也有报道，但颗粒相往往用来提高焊料的力学性能。
发明内容
技术问题本发明提供一种可提高锡-锌基无铅焊料润湿性的锡-锌基复合焊料。 技术方案一种锡-锌基复合焊料，包括锡-锌基焊料基体和占复合焊料重量百分比为 1 15%的磁性颗粒，所述的锡-锌基焊料基体包含Sn和Si，其中Si占锡-锌基焊料基体重量百分比为2 10%的Si，余量为Sn ；所述的磁性颗粒为狗、Co、Ni、Fe2O3、Fe3O4的任一种或组合。本发明中，磁性颗粒的粒径为0. 05 50 μ m。本发明中，锡-锌焊料基体中还可以包括占锡-锌基焊料基体重量百分比0. 1 10%的Bi或占锡-锌基焊料基体重量百分比0. 001 0. 2%的Al。上述的锡-锌基复合焊料的制备方法的步骤如下
1)按照配比将锡-锌基焊料基体的组分加入熔炼炉中混合加热至400°c士20°C熔化， 保温30min 士 lOmin，使用超声雾化设备制得锡-锌基焊粉；
2)将制得的锡-锌基焊粉与磁性颗粒按配比在助焊剂中混合均勻，加热至260士20°C 熔化，充分搅拌均勻，冷却得到所述复合焊料。步骤2)中所用的助焊剂为松香。有益效果本发明中磁性颗粒的作用是提高焊料的润湿性，其原理是磁性颗粒均勻分布于焊料基体中，在加热熔化后，固相的磁性颗粒在外交磁场中受到磁力作用，运动到焊料熔体表面表面形成富集状态，从而改变了焊料熔体表面的受力状况，当外加磁场力的方向与表面张力方向相反时，其效果相当于降低了焊料的表面张力，从而提高了焊料的润湿性。均勻分布在Sn-Si基焊料基体中的磁性相是单质！^颗粒，或Co、M颗粒，或以狗的氧化物(Fe203、Fe304)的形式存在，如图1所示，元素i^e、Co、Ni并不或极少溶解进入焊料基体。这些细小的颗粒相在焊料基体熔化后仍然保持固相状态，并具有磁性，能够在磁场的作用下促进焊料润湿，如图2、图3、图4所示，Sn-9ai焊料表面张力大，在铜片上的铺展面积小，润湿性较差；通过合金化的方式加入Bi元素后，降低了焊料表面张力，铺展面积有所提高，润湿性提高；而加入磁性颗粒后，焊料在外加磁场的作用下，能够更好的降低表面张力， 铺展率有了更明显的提高，效果好于Bi元素的加入。考虑到焊料融合后具有磁性，还可以通过磁场拖拽焊料运动，如图3所示，能够实现焊料回收。复合焊料基体中可以进一步加入Al、Bi等元素，加入Al可提高焊料基体的抗氧化性，加入Bi可降低焊料基体的表面张力及熔点。两种合金元素均能进一步提高复合焊料润湿性。本发明涉及的复合焊料制备方法具有明显效果，其特点是在助焊剂的保护下，磁性颗粒粉末与基体粉末共同加热至焊料基体熔化，而颗粒保持固相状态，同时颗粒在焊料基体中润湿良好。焊料凝固后焊料-颗粒界面结合紧密，颗粒分布均勻。
图1本发明实施例3的复合焊料的金相显微组织图(抛光态)；
图2为未加磁性颗粒的锡-锌基复合焊料在铜片上的铺展，其中锡-锌焊料基体中S1 含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，余量为Sn ；
图3为未加磁性颗粒的锡-锌基复合焊料在铜片上的铺展，其中锡-锌焊料基体中S1 含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Bi含量为3%，余量为Sn ；
图4为加入磁性颗粒的锡-锌基复合焊料在铜片上的铺展，其中锡-锌焊料基体中S1 含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，余量为Sn ； 图5为未加磁铁吸引时复合焊料在铜片上的铺展； 图6为一侧加磁铁吸引时复合焊料在铜片上的铺展；图中，1为M磁性颗粒(深色颗粒)，2为焊料基体(浅色基底)，3为熔融的复合焊料，4为助焊剂，5为铜片，6为磁铁。
具体实施例方式实施例1 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 99%，Fe磁性颗粒1%，Fe磁性颗粒的平均粒径为10 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比2%，余量为Sn。实施例2 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 85%，Co磁性颗粒15%，Co磁性颗粒的平均粒径为50 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例3 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 98%，Ni磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，余量为Sn。图1为其金相显微组织照片。实施例4 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 90%，Fe2O3磁性颗粒10%，Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为5 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例5 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 95%，Fe3O4磁性颗粒5%，Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为0. 05 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si 含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例6 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 98%，Fe磁性颗粒1%，Ni磁性颗粒1%，Fe,Ni磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例7 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 90%，Fe磁性颗粒5%，Ni磁性颗粒5%，Fe、Ni磁性颗粒的平均粒径为0. 5 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例8 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 96%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Fe, Co磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例9 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 96%，Fe磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe^Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例10 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体96%，Fe磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe、Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例11 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 96%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Co、Ni磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例12 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体96%，Co磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Co、Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例13 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体96%，Co磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Co、Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例14 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体96%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Ni、Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例15 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体96%，Ni磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Ni、Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例16 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 96%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe203> Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比6%，余量为Sn。实施例17 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe、Co、Ni磁性颗粒的平均粒径为 30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例18 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe, Co^Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为 Sn。实施例19 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe, Co^Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为 Sn。实施例20 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Fe磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe,Ni,Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为 Sn。实施例21 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Fe磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe,Ni,Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为 Sn。实施例22 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Fe磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe、Fe203> Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%， 余量为Sn。实施例23 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Co,Ni,Fe2O3磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为 Sn。实施例M 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Co,Ni,Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为 Sn。实施例25 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Co磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Co、Fe203> Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%， 余量为Sn。实施例沈本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 94%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Ni、Fe203> Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%， 余量为Sn。实施例27 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 92%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe、Co、Ni、Fe2O3 磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例观本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 92%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe、Co、Ni、Fe3O4 磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例四本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 92%，Fe磁性颗粒2%，Co磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe, Co, Fe2O3^ Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例30 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 92%，Fe磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Fe、Ni、Fii2O3、 Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例31 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 92%，Co磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒2%，Fe2O3磁性颗粒2%，Fe3O4磁性颗粒2%，Co、Ni, Fe2O3^ Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例32 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 95%，Fe磁性颗粒1%，Co磁性颗粒1%，Ni磁性颗粒1%，Fe2O3磁性颗粒1%，Fe3O4磁性颗粒 1%，Fe、Co、Ni、Fe203、Fe3O4磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中Si含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比10%，余量为Sn。实施例33 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体98%，Fe磁性颗粒2%，Fe磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Bi占重量百分比0. 1%，余量为Sn。实施例34 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 98%，Ni磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Bi占重量百分比4%，余量为Sn。实施例35 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 95%，Co磁性颗粒5%，Co磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Bi占重量百分比10%，余量为Sn。实施例36 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 98%，Fe磁性颗粒2%，Fe磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Al占重量百分比0. 001%，余量为Sn。实施例37 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 98%，Ni磁性颗粒2%，Ni磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Al占重量百分比0. 01%，余量为Sn。实施例38 本发明的锡-锌基复合焊料，各组分的重量百分比为锡-锌焊料基体 95%，Co磁性颗粒5%，Co磁性颗粒的平均粒径为30 μ m。其中锡-锌焊料基体中S1含量为占锡-锌基焊料基体重量百分比9%，Al占重量百分比0. 2%，余量为Sn。以上实施例所制得的复合焊料均有共同的特性，磁性颗粒能够在外加磁场作用下产生磁力，焊接时磁性颗粒在焊料表面富集，当磁力方向与表面张力方向相反时，其效果相当于降低了焊料的表面张力，从而提高了焊料的润湿性。在从图2和图4对比可以看出，加入磁性颗粒后，焊料在外加磁场作用下铺展面积明显提高，润湿性得到明显的改善。所制得的复合焊料具有磁性，通过一定的磁场作用可以拖拽焊料运动，如图5、图6所示，能够实现焊料回收，提高焊料的利用率。
权利要求
1.一种锡-锌基复合焊料，其特征在于，该复合焊料包括锡-锌基焊料基体和占复合焊料重量百分比为1 15%的磁性颗粒，所述的锡-锌基焊料基体包含Sn和Si，其中Si占锡-锌基焊料基体重量百分比为2 10% ；所述的磁性颗粒为Fe、Co、Ni、Fe203> Fe3O4的任一种或组合。
2.根据权利要求1所述的锡-锌基复合焊料，其特征在于，所述的磁性颗粒的粒径为 0. 05 50μπι。
3.根据权利要求1所述的锡-锌基复合焊料，其特征在于，所述的锡-锌焊料基体中， 还包括占锡-锌基焊料基体重量百分比0. 1 10%的Bi。
4.根据权利要求1所述的锡-锌基复合焊料，其特征在于，所述的锡-锌焊料基体中， 还包括占锡-锌基焊料基体重量百分比0. 001 0. 2%的Al。
全文摘要
一种锡-锌基复合焊料，其特征在于，该复合焊料包括锡-锌基焊料基体和占复合焊料重量百分比为1～15%的磁性颗粒，所述的锡-锌基焊料基体包含Sn和Zn，其中Zn占锡-锌基焊料基体重量百分比为2～10%；所述的磁性颗粒为Fe、Co、Ni、Fe2O3、Fe3O4的任一种或组合。本发明中，磁性颗粒均匀分布于焊料基体中，在加热熔化后，固相的磁性颗粒在外加磁场中受到磁力作用，运动到焊料熔体表面表面形成富集状态，从而改变了焊料熔体表面的受力状况，当外加磁场力的方向与表面张力方向相反时，其效果相当于降低了焊料的表面张力，从而提高了焊料的润湿性。
文档编号B23K35/40GK102166690SQ20111013961
公开日2011年8月31日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者刘思栋, 周健, 姚瑶, 白晶, 薛烽 申请人:东南大学