一种低温焊接材料的制作方法

文档序号:10603117阅读:593来源:国知局
一种低温焊接材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种低温焊接材料,包括以下重量百分比的组份:Sn为38?45%,Bi为10?18%,In为2.2?10%,其余为Pb,通过对Sn、Pb、Bi、In四种元素进行合理配比,制备了Sn?Pb?Bi?In四元合金,该合金焊料具有低熔点、焊后强度高、耐温性好、韧性好、成本适中的特点。
【专利说明】
-种低溫焊接材料
技术领域
[0001] 本发明设及一种低溫焊接材料,具体设及L邸照明行业组装用焊料制造技术领域。
【背景技术】
[0002] 半导体照明W其明显的节能特点和环保功能,已经被广泛认为是最具发展潜力的 高技术领域之一。随着L邸技术的发展及产业化进程的加快,W及政府相关部口的引导和推 动,LED照明技术在国内应用得W迅速推广,市场规模不断扩大,作为实现半导体照明的核 屯、技术,更大的功率输出、光能输出,更高的光电转换效率是未来的发展趋势。
[0003] L抓灯珠与基板的焊接一直是LED所面临的技术壁垒。在某些特殊的领域(如医 疗),由于其特殊用途的Lm)灯珠不耐高溫,当溫度高于150°C时,灯珠易被烧坏,造成不良。 所W采用锡膏作为焊接材料时,传统的锡银铜和锡铅共晶由于其烙点过高而不能满足使用 要求,必须采用低烙点焊料。在含In针料中,如Ξ元合金Sn-Bi-In、Sn-Pb-In,均存在烙点和 成本的矛盾,要想使烙点降低至150°CW下,In的含量至少在20% W上,而In属于贵金属,如 此高In含量的针料,行业通常不予接受;含有In的二元合金,锡铜共晶(Snln52)合金烙点合 适、塑性好,但其强度相比较低,且稀缺元素 In含量过高造成成本太高,也不适宜大规模应 用。而SnBi系列的合金中,锡祕共晶(SnBi58)焊料烙点为138°C,可满足焊接溫度要求,但其 焊点很脆,在使用过程中容易造成灯珠脱落,无法满足Lm)灯珠与基板之间的焊接接头的强 度要求;而Sn-Pb-Bi合金存在合金脆性和烙点的矛盾,当烙点较低时,脆性差,当脆性好时, 烙点又偏高。

【发明内容】

[0004] 为了解决上述问题,本发明提供了一种低溫焊接材料,通过对511、口13、81、111四种元 素进行合理配比制备了 Sn-Pb-Bi-In四元合金,该合金焊料具有低烙点、焊后强度高、耐溫 性好、初性好、成本适中的特点。
[0005] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
[0006] -种低溫焊接材料,包括W下重量百分比的组份:Sn为38-45 %,Bi为10-18 %,In 为2.2-10%,其余为Pb。
[0007] 进一步地,所述低溫焊接材料包括W下重量百分比的组份:Sn为38-43%,Bi为 13.0-18.0%,In为4.0-8.0%,其余为Pb。
[000引进一步地,还包括添加剂,所述添加剂包括〔(1、211、口、66、6曰、1?6中的一种或两种^ 上组份,其中,按重量百分比计,Cd为0-2.0%,Zn为0-4.0%,P为0-0.5%,(ie为0-0.5%,Ga 为0-0.5%,RE为0-0.5%。
[0009] 优选地,所述添加剂为Cd,其重量百分比为0.05-2.0%。
[0010] 优选地,所述添加剂包括化、P,其中,按重量百分比计,Zn为0.05-4.0 %,P为0.0Ι? ο.5%。
[0011] 优选地,所述添加剂包括Cd、(ie和RE,其中,按重量百分比计,Cd为0.05-2.0 %,Ge 为0.01-0.5%,RE为0.01-0.5%。
[0012]本发明所述技术方案相对于现有技术,取得的有益效果是:
[001引(1)本发明通过对511刑前、111四种元素的合理配比,在保证低溫烙点、较高强度 和初性的前提下,降低了该低溫焊料中稀贵金属铜的含量(2.2-10%),而现有低溫焊料中 含有In的二元或Ξ元合金中In含量至少在20 % W上,成本居高不下,而本发明通过降低In 的含量满足了规模实用化应用的成本要求;另一方面,In的加入使合金的塑形变形能力大 幅度增强,抗冲击初性提高,满足恶劣条件下的使用要求。
[0014] (2)本发明通过对511、口13、81、111四种元素的合理配比,避免了不利金属间化合物 (IMC)的粗大形态及合金内部氧化的出现,使其能显著降低烙化溫度的同时不增加焊料的 烙程,提升焊后的耐溫性能;且能够实现固溶强化、细晶强化和原位生成IMC弥散强化,Ξ种 强化机制的共同交互作用使得焊料的抗冲击性和初性大幅提升。
[0015] (3)为进一步提升应用性能指标,还可少量添加强化类或抗氧化类元素 Cd,Zn,P、 Ge、Ga、RE中的一种或几种组合,所述的RE为通用的富La或富Ce的稀±;Cd,化等元素的添加 进一步提升了焊料的结合性能和焊后抗疲劳性,?、66、6曰、36等添加能够进一步提升焊料的 抗氧化性,并细化焊料组织,进一步提升焊后产品的可靠性。
【附图说明】
[0016] 图1为Sn-36Pb-14Bi-8In焊料的扫描电镜组织照片;
[0017] 图2为Sn-36Pb-14Bi-8In的DSC曲线和时间溫度曲线(冷却过程);
[001引图3为Sn-40Pb-13Bi-5In-0.05Zn-0.01P的时间溫度曲线(冷却过程);
[0019] 图4为Sn-39Pb-l她i-4In-2Cd-0.01Ge-0.01RE的时间溫度曲线(冷却过程);
[0020] 图5为Sn-40Pb-13Bi-7In的时间溫度曲线(冷却过程)。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白,W下结 合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用W解释 本发明,并不用于限定本发明。
[0022] 本发明所述的一种低溫焊接材料,包括W下重量百分比的组份:Sn为38-45%,Bi 为10-18%,111为2.2-10%,其余为口13。
[0023] 进一步地,所述低溫焊接材料包括W下重量百分比的组份:Sn为38-43%,Bi为 13.0-18.0%,In为4.0-8.0%,其余为Pb。
[0024] 进一步地,还包括添加剂,所述添加剂包括〔(1、211、?、66、6曰、1?6中的一种或两种^ 上组份,其中,按重量百分比计,Cd为0-2.0%,Zn为0-4.0%,P为0-0.5%,(ie为0-0.5%,Ga 为0-0.5%,RE为0-0.5%。
[00巧]优选地,所述添加剂为Cd,其重量百分比为0.05-2.0%。
[0026] 优选地,所述添加剂包括化、P,其中,按重量百分比计,化为0.05-4.0 %,P为0.0Ι? ο.5%。
[0027] 优选地,所述添加剂包括Cd、(ie和RE,其中,按重量百分比计,Cd为0.05-2.0 %,Ge 为0.01-0.5%,RE为0.01-0.5%。
[00%]本发明所述的一种低溫焊接材料的制备方法,包括如下步骤:
[0029] 步骤1:在烙炼炉中按比例加入称好的Sn、Pb、Bi、In原料,并加入适量烙炼覆盖剂, 加热至250-300°C,保溫 10-20min;
[0030] 步骤2:除掉步骤1所得烙液的表面覆盖剂,诱注于模具中制成低溫焊料锭巧,备 用。
[0031] 步骤3:将上述步骤2所得焊料锭巧直接作为焊料应用,或制成条带、丝板或社片使 用;或将上述步骤2所得焊料锭巧在200-300°C烙化、喷粉,制备成球形合金焊粉,用作焊膏 基料。
[0032] 本发明所述的一种低溫焊接材料,其加入了添加剂,所述添加剂包括Cd、Zn、P、Ge、 Ga、RE中的一种或两种W上组份,该低溫焊接材料的制备方法,包括如下步骤:
[0033] 步骤1:将添加剂制备成中间合金,所述中间合金为饥-17Cd、Sn-9Zn、Sn-5P、Sn- 5Ge、Sn-5Ga、Sn-5民E;
[0034] 步骤2 :在烙炼炉中加入按比例称好的Sn、Pb、B i、In原料和步骤1制备的中间合 金,,并加入适量烙炼覆盖剂,加热至250-300°C,保溫10-20min;;
[0035] 步骤3:除掉步骤3所得烙液的表面覆盖剂,诱注于模具中制成低溫焊料锭巧,备 用。
[0036] 步骤4:将上述步骤3所得焊料锭巧直接作为焊料应用,或制成条带、丝板或社片使 用。或将上述步骤3所得焊料锭巧在200-300°C烙化、喷粉,制备成球形合金焊粉,用作焊膏 基料。
[0037] 实施例1
[003引本实施例所述的低溫焊接材料,包括W下重量百分比的组份:40 % Sn、40 %化、 13%81和7%111。其制备过程如下:
[0039] 步骤1:在200kg烙炼炉中加入称好的40份纯Sn、40份纯Pb、13份纯Bi、7份纯In原 料,共计100kg,加入lOOg的化Cl2烙炼覆盖剂,加热至化0°C,并保溫20min;
[0040] 步骤2:对上述所得烙液进行揽拌3-5min后除掉表面覆盖剂,诱注于模具中制成低 溫焊料锭巧。
[0041] 步骤3:在挤压机上将步骤2所得锭料挤压成条状、丝状或雾化制备成球形合金焊 粉。
[0042] 实施例2
[0043] 本实施例所述的低溫焊接材料,包括W下重量百分比的组份:42 % Sn、36 %化、 14%81和8%111。其制备过程如下:
[0044] 步骤1:在200kg烙炼炉中加入称好的42份纯Sn、36份纯Pb、14份纯Bi、8份纯In原 料,共计100kg,加入lOOg的化Cl2烙炼覆盖剂,加热至化0°C,并保溫20min;
[0045] 步骤2:对上述所得烙液进行揽拌3-5min后除掉表面覆盖剂,诱注于模具中制成低 溫焊料锭巧。
[0046] 步骤3:在挤压机上将步骤2所得锭料挤压成条状、丝状或雾化制备成球形合金焊 粉。
[0047] 实施例3
[004引本实施例所述的低溫焊接材料,包括W下重量百分比的组份:38.95 % Sn、36 %饥、 15%Bi和10%111、0.05%〔(1。其制备过程如下:
[0049] 步骤1:采用真空感应烙炼的方式,在400°C条件下烙炼制备Pb-17Cd中间合金; [0化0] 步骤2:按表1所列配比,将纯Sn、纯Pb、纯Bi、纯In和Pb-17Cd合金的加料顺序依次 加入烙炼炉中,并加入化Cl2覆盖剂在烙炼炉中加热至300°C,烙化后保溫20min;
[0051 ]步骤3:除掉表面覆盖剂,将合金烙体诱铸于模具中,凝固,制备出低溫焊料锭巧。
[0052] 步骤4:在挤压机上将步骤3所得锭料挤压成条状、丝状或雾化制备成球形合金焊 粉。
[0053] 实施例4-7
[0054] 按照表1中列出的各合金成分的质量百分比,分别制备实施例4-7的低溫焊接材 料。
[0化5]步骤 1:制备饥-17Cd、Sn-9ai、Sn-5P、Sn-5Ge、Sn-5RE、Sn-5Ga等二元中间合金,其 制备方法是采用真空感应烙炼的方式;
[0化6] 步骤2:按表1所列配比,按照纯Sn、纯饥、纯Bi、纯In和所需种类的中间合金、ZnCb 覆盖剂的加料顺序依次加入烙炼炉中,在烙炼炉中加热至300°C,烙化后保溫20min;
[0057] 步骤3:除掉表面覆盖剂,将合金烙体诱铸于模具中,凝固,制备出实施例4-7的系 列低溫焊料锭巧。
[0058] 步骤4:在挤压机上将步骤3所得锭料挤压成条状、丝状或雾化制备成球形合金焊 粉。
[0化9]
[0060]~表1实施例配比数据(重量百分比% )~' ' ' ' ' '
[0061]
[0062] 表2部分实施例与传统主流焊料的烙点和力学性能比较
[0063] 从表2数据看出本发明所述的低溫焊接材料在烙化溫度、延伸率、抗拉强度和屈服 强度等综合方面评估,相比传统焊料具有优势,在保证其可焊性前提下,提高焊料的抗拉强 度和屈服强度,并能够提高焊点的结合可靠度。
[0064] 图1为Sn-36Pb-14Bi-8In焊料的扫描电镜组织照片。从图中可W看出该焊料组织 均匀、组织中分布着大量细小的析出强化相,运也是该类低溫焊料具有较高强度的根本原 因;图2是Sn-36Pb-14Bi-8In的时间溫度曲线(冷却过程),图3是Sn-AOPb-lSBi-SIn- Q.OSZn-O.OlP 的时间溫度曲线 (冷却过程), 图4和图 5分别是 Sn-39Pb-16Bi-4In-2Cd- O.OlGe-O.OlRE和Sn-40Pb-13Bi-7In的时间溫度曲线(冷却过程),从图中可看出该类焊料 的烙化溫度较低,在150°C条件通过保溫时间可W实现烙化焊接,并且焊料在低于100°C均 未见有吸热峰出现,说明该类低溫焊料在低于l〇〇°C条件具有稳定的固态组织。
[0065] 上述说明示出并描述了本发明的优选实施例,如前所述,应当理解本发明并非局 限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和 环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改 动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附 权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种低温焊接材料,其特征在于:包括以下重量百分比的组份:Sn为38-45 %,Bi为 10-18%,In为2.2-10%,其余为Pb。2. 根据权利要求1所述的一种低温焊接材料,其特征在于:包括以下重量百分比的组 份:Sn为38-43%,Bi为 13.0-18.0%,In为4.0-8.0%,其余为Pb。3. 根据权利要求1或2所述的一种低温焊接材料,其特征在于:还包括添加剂,所述添加 剂包括0(1、211、?、66、6&、1^中的一种或两种以上组份,其中,按重量百分比计,0(1为0-2.0%, Zn为0-4.0%,P为0-0.5%,Ge为0-0.5%,Ga为0-0.5%,RE为0-0.5%。4. 根据权利要求3所述的一种低温焊接材料,其特征在于:所述添加剂为Cd,其重量百 分比为 0.05-2.0%。5. 根据权利要求3所述的一种低温焊接材料,其特征在于:所述添加剂包括Zn、P,其中, 按重量百分比计,Zn为0 · 05-4 · 0%,P为0 · 01-0 · 5%。6. 根据权利要求3所述的一种低温焊接材料,其特征在于:所述添加剂包括Cd、Ge和RE, 其中,按重量百分比计,Cd为0·05-2·0%,Ge为0·01-0· 5%,RE为0·01-0· 5%。
【文档编号】B23K35/26GK105965172SQ201610397820
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】杨树军, 吴晶, 徐惠能
【申请人】厦门强力巨彩光电科技有限公司
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