专利名称：代银焊料及制造方法
代银焊料及制造方法涉及焊料及其制造方法。
银是世界上紧缺贵重金属，随着工业的发展，银消耗量越来越大，但世界银矿却日趋枯竭，为此，使用银企业的生存和发展遭受影响。以往的银焊料在实际应用中还存在以下两个弊端，其一是银蒸气压高，焊接时极易蒸发，形成漏电、打火、破坏产品电器性能，如大功率晶体管是整机的心脏，但其底板采用银焊料焊接，由于银的蒸发，使底板绝缘电阻降低，从而影响晶体管的性能;其二是银渗透力过强，易使被焊材料产生熔蚀、穿晶和开裂，降低焊接的机械强度，影响产品的密封性和可靠性，如电真空器件。为此，人们不断寻找能取代银的无银焊料，目前国内外代银焊料配方普遍由Cu、P、Sn、Ni四种材料组成。材料的熔炼采用最多的是在空气中熔炼(碳和电阻或感应加热)，较为先进的是真空熔炼(感应加热)，故焊料含气多，致使在焊接时会产生沸腾现象，引起焊料溅散到非焊接面，使产品漏电、打火或炸裂，影响产品的气密性;焊料多种原材料之间不能充分形成真正共晶体，故流散性大，大大削弱了填缝能力;焊缝杂质多，不仅影响产品封接气密性，且易产生漏电、打火;焊料晶粒粗大，使被焊产品机械性能差，在使用中受热冲击易开裂，使产品的可靠性降低。带材加工现在均采用轧压，从铸锭压到现在普遍采用的厚为0.15mm左右的带材，要经过数10次反复滚压和退火，杂质极易带入，材料也容易氧化，特别是代银焊料，原料本身很脆，必须采用热压，因此氧化更为严重，且每次压下量很小，生产效率低;需配制很多初、精轧机及许多退火炉和辅助设备(如精密磨床)，故投资大，如采用最新研究成功的快速甩抛制造非晶态薄带技术，存在加工厚度只能小于0.04mm薄带的缺点(但焊件要求焊料的厚度应在0.1-0.15mm)，且投资大，成本高。线材(即焊条)加工现在普遍采用轧制和拉丝，因需采用热轧、热拉，材料易氧化，易带入杂质，影响焊条质量，需反复轧拉和退火，故效率低。
本发明的目的是提供一种性能优于现有代银焊料的焊料配方及制造方法，并可大大提高生产效率，降低生产成本。
本发明的代银焊料除含有Cu、P、Ni、Sn四种材料外，还含有起活性作用的材料Zr、Ce、Ti、Si，有时还含有起活性作用的材料Zn，其低温焊料的化学组成(重量%)为3-10%Sn、0.02-0.20%Zr、3-10%P、0.02-0.20%Ti、0.5-15%Ni、0.01-0.05%Ce、0.05-0.20%Si，其余部分为Cn;其中温焊料的化学组成(重量%)为3-10%Sn、0.02-0.20%Zr、0.02-0.20%P、0.02-0.20%Ti、0.5-15%Ni、0.01-0.05%Ce、0.05-0.20%Si、20-45%Zn，其余部分为Cu。
本发明的制造方法是将各种原料用剪板机或切割机加工成小块，用酸清洗干净(可以是硝酸、盐酸或铬酸)，按配方要求配料，加入置于熔炼炉上的石墨坩锅(10)内熔炼至全部熔化，用声波发生器(1)和振动系统引入声波能5-10分钟，以使熔液中各组分间充分渗透形成共晶体，有效去除杂质和气体，然后去除表面杂质浇铸成锭，再加工成薄带焊料或粉状焊料。振动系统由换能器(6)和变幅杆(7)组成，换能器(6)由镍皮经氧化处理冲压成中间有长方形孔的矩形片叠合起来，再在两边各绕以15-20圈导线，变幅杆(7)是用45号钢制成的阶梯形园柱体，其粗端的上端面和换能器(6)的下端面焊接在一起。本发明的薄带焊料的加工是将浇铸好的方锭放在刨床上，按照所需的厚度和宽度一次加工完成。粉状焊料的加工是将浇铸好的圆锭放在车床上车成碎屑，或将浇铸好的方锭放在刨床上刨制成碎屑，再将碎屑置入高速旋转式粉碎机进行粉碎，对出来的粉末过筛得粉状焊料。焊条的加工是这样进行的，在原料经引入声波熔炼后不浇铸，维持熔化状态，用经200℃烘烤预热且连接有真空系统(11)的耐热管(13)插入熔液，抽吸后立即提起置于水中快速冷却得焊条，再取另一根耐热管重复操作。耐热管可以用工业玻璃、石英玻璃、陶瓷或石墨制作，耐热管的内径即为所需焊条之直径。
图1是原材料熔炼示意图，其中1-声波发生器，2-声波输出导线，3、8-换能器水冷系统，4-支架，5-换能器冷却水套，6-换能器，7-变幅杆，9-熔融金属，10-坩锅。
图2是真空抽吸制焊条的示意图。其中10-坩锅，11-真空系统，13-耐热管，14-软管，15-开关。
图3是冲压后的换能器用镍片示意图。
图4是变幅杆示意图。
本发明的实施例是首先制作振动系统，将厚为0.1mm的镍片进行氧化处理后按图3冲压成长110mm，宽40mm，中间有10mm×70mm孔的薄片，再叠合成40mm厚，在二长边上各绕以15圈导线，做成换能器，将45号圆钢按图4车成阶梯形圆柱，粗端直径为60mm，长为60mm，细端直径为25mm，长为180mm制成变幅杆，然后再把其粗端的上端面与换能器下端面焊接在一起制成振动系统。将Ti、Ni、Ce、Si、Zr、Sn、P-Cu合金、电解Cn用剪板机加工成小块，用盐酸清洗干净后称取0.7公斤Sn、0.007公斤Zr、0.007公斤Ti、0.07公斤Ni、0.0035公斤Ce、0.0035公斤Si、1.62公斤P-Cu合金(含P量为13%)、4.59公斤电解Cu分别放置备用，点燃焦炭炉，将盛有本炭碎屑(作还原剂用)的石墨坩锅放置炉上烘烤除气，将熔炼用的10号石墨坩锅也放置炉上烘烤除气，当其内壁呈红色时，将上述称取的原料按下列步骤操作，首先将P-Cu合金置入坩锅，同时把电解Cu和Ni小块放在炉台上预热，待P-Cu合金熔化后，立即将预热过的电解Cu和Ni夹入坩锅，用勺子舀炭屑覆盖表面，盖上坩锅盖，开动鼓风机加温，接通声波振动系统的冷却水和声波发生器的低压开关，待电解Cu和Ni全部熔化，用经烘烤过的石墨棒搅拌1-2分钟，然后加入Sn，再搅拌0.5分钟，再加入Zr、Ti、Ce，再搅拌0.5分钟，移动用来挂钩振动系统的架子，使变幅杆的小头部分端部置于炉上烘烤2分钟，再移动架子，使振动系统的小头端部离开炉子置入熔液约10mm深，立即开动声波发生器的高压开关，使声波发生器工作输出声波能，并经振动系统引入到熔液中，保持5分钟，然后关掉发生器电源，移走振动系统，用勺子除去熔液表面杂质，用夹钳夹住坩锅，提到浇铸台上，对准经过烘烤的模子进行浇铸，待浇铸完立即用自来水冷却，冷却后取出铸锭，把铸锭(方锭)放在刨床上按照厚0.15mm，宽10mm要求刨制成带状焊料，此带状焊料是低温焊料。
本发明的另一实施例是制作中温焊料(振动系统的制作如同前面的实施例)，将Ti、Ni、Ce、Si、Zr、Sn、Zn、P-Cu合金(含磷量为13%)和电解Cu用切割机加工成小块再用硝酸清洗干净后称取0.49公斤Sn、0.007公斤Zr、2.1公斤Zn、0.007公斤Ti、0.07公斤Ni、4.3公斤Cu、0.0035公斤Ce、0.0035公斤Si、0.028公斤P-Cu合金放置起来备用。点燃焦碳炉，将盛有木炭碎屑(作还原剂用)的石墨坩锅放置炉上烘烤除气，将熔炼用的10号石墨坩锅也放置炉上烘烤除气，当其内壁呈红色时将上述称取的料按下列步骤操作，首先将P-Cu合金置入坩锅，同时把电解Cu和Ni小块放在炉台上预热，待P-Cu合金熔化后，立即将预热过的电解Cu和Ni夹入坩锅，用勺子舀炭屑覆盖表面，盖上坩锅盖，开动鼓风机加温，接通声波振动系统的冷却水和声波发生器的低压开关，待电解Cu和Ni全部熔化，用经烘烤过的石墨棒搅拌1-2分钟，然后加入Sn，再搅拌0.5分钟，再加入Zr、Ti、Ce，再搅拌0.5分钟，移动用来挂钩振动系统的架子，使变幅杆的小头部分端部置于炉上烘烤2分钟，再移动架子使振动系统的小头端部离开炉子置入熔液约10mm深，立即开动声波发生器的高压开关，保持5分钟，然后关掉发生器电源，移走振动系统，用勺子除去熔液表面杂质，用夹钳夹住坩锅放在平台上，将事先选定的已在烘箱中预热到200℃的内径为4mm的工业玻璃管取出一根插入与机械真空泵接通的软管的一端，接通泵电源，将玻璃管的下端插入熔液，熔液即被吸入玻璃管，立即将玻璃管置入旁边的冷却水箱内，即得焊条，再取另一根玻璃管进行抽吸，重复操作。
用本发明的配方和制造方法制得的焊料质量好，没有杂质，不易被氧化，且生产效率高，成本低，薄带焊料的加工厚度不受限制，加工的焊条韧性好。本发明的焊料可用于一切需用银焊料的地方;本发明的熔炼方法比现代工业生产中最好的真空熔炼具有熔炼质量好，成本低、效率高、投资低的特点，既适合小批量研究试验用，也适合大规模生产用，既适合熔炼无银及有银焊料，也适合熔炼各种高级有色合金材料。本发明薄带焊料的加工方法适用于包括焊料在内的各种材料的薄带加工，且具有多快好省的突出优点;焊条加工方法适用于各种材料特别是对于脆性大用常规方法难以加工的材料，更能发挥其优越性。
权利要求
1.代银焊料涉及焊料，它的原材料包括Cu、P、Sn、Ni，其特征在于还包括起活性作用的Zr、Ce、Ti、Si、，有时还包括起活性作用的Zn，其低温焊料的化学组成(重量%)为3-10%Sn、0.02-0.20%Zr、3-10%P、0.02-0.20%Ti、0.5-15%Ni、0.01-0.05%Ce、0.05-0.20%Si、其余部分为铜Cu；其中温焊料的化学组成(重量%)为3-10%Sn、0.02-0.20%Zr、0.02-0.20%P、0.02-0.20%Ti、0.5-15%Ni、0.01-0.05%Ce、0.05-0.20%Si、20-45%Zn，其余部分为Cu。
2.代银焊料的制造方法涉及焊料的制造，它的操作包括将原材料用剪板机或切割机加工成小块并用酸清洗干净，按要求配料，加入置于熔炼炉上的石墨坩锅(10)内熔炼至全部熔化，去除表面杂质，然后浇铸成锭，再加工成薄带焊料或粉状焊料，其特征在于熔炼中在原料全部熔化后，用声波发生器(1)和振动系统引入能使熔液中各组分间充分渗透形成共晶体、有效去除杂质和气体的声波能5-10分钟，振动系统由换能器(6)和变幅杆(7)组成，换能器(6)由镍皮经氧化处理冲压成中间有长方形孔的矩形片叠合起来，再在二边各绕以15-20圈导线，变幅杆(7)是用45号钢制成的阶梯形园柱体，其粗端的上端面和换能器(6)的下端面焊接在一起。
3.根据权利要求2所述的代银焊料的制造方法，其特征在于薄带焊料的加工是将浇铸好的方锭放在刨床上，用刨床一次加工完成的。
4.根据权利要求2所述的代银焊料的制造方法，其特征在于焊条的加工是在原料经引入声波能熔炼后不浇俦，维持熔化状态，用经200℃烘烤预热且连接有真空系统(11)的耐热管(13)插入熔液，抽吸后立即提起置于水中快速冷却，耐热管(13)可以用工业玻璃，石英玻璃、陶瓷或石墨制作，其内径为所需焊条之直径。
全文摘要
代银焊料及制造方法属焊料及制造方法。它的低温焊料包括Sn、P、Ti、Ni、Ce、Si、Cu，中温焊料还包括Zn。制造方法是将原料加工成小块用酸洗净，引入声波能熔炼后，抽吸制成焊条或浇铸成锭再加工成薄带或粉状，制得的焊料质纯、性能好，且生产效率高，成本低，可焊接电子等工业需用银焊料的物品，熔炼方法可用于各种高级材料熔炼，焊料加工方法可用于各种材料带材、线材的加工。
文档编号B23K35/30GK1060052SQ9110313
公开日1992年4月8日 申请日期1991年5月12日 优先权日1991年5月12日
发明者冯金陵 申请人:冯金陵