专利名称：一种抗氧化无铅焊料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抗氧化无铅焊料及其制备方法，属焊接技术领域。
背景技术：
传统的焊料是Sn-pb合金焊料，这种焊料物理和力学性能优越，广泛应用于电子组件的焊接，然而传统焊料中含有大量的铅，铅是一种有毒的金属元素，人体摄入后会在人体聚集而不能排出，对人体产生严重有害的作用。研究指出，铅能与人体内蛋白质强烈结合而抑制人体的正常功能，造成神经功能和代谢功能紊乱，并且能够引起血色素减少，引起贫血，高血压等疾病。在铅-锡焊料的生产和使用过程中，人体会不可避免的摄入过量的铅；含铅废弃物还可能污染土壤和地下水，最终也会被人体吸收。因此，在电子工业中用无铅焊料代替传统的铅-锡焊料是当今各国关注的重要课题。在这种情况下，各种各样的无铅焊料应运而生。目前的无铅焊料主要有Sn-Cu系列，Sn-Ag-Cu系列，Sn-Zn系列等多种，尽管无铅焊料的种类很多，但大多存在这样或那样的问题，其中最常见的有下面两个问题1、抗氧化性能差。在焊接过程中锡易被氧化成锡渣。这样一来既影响了使用，又造成了锡的浪费。
2、合金组织不细致，焊接后焊点没有光泽，影响焊点外观。
3、流动性差，焊接后容易引起拉尖和桥连，影响焊接质量。
发明内容
本发明的目的是提出一种抗氧化无铅焊料及其制备方法，在焊料中加入适量的Ni，以改善焊料的组织结构，使焊料流动性好，焊接后焊点结晶细致光亮。
本发明提出的抗氧化无铅焊料，其中各组分的重量百分比为铜0.5～1％镍0.01～0.3％镓0.0008～0.1％镧铈稀土 0.001～0.1％锡98.5～99.0％上述焊料的制备过程包括以下步骤(1)将锡熔化，在550～600℃下，按比例加入铜，搅拌使铜熔化；(2)分别加入铜-镍合金、锡-镧铈稀土合金和锡-镓合金，使所有加入的铜、镍、镓和镧-铈稀土的总量符合上述比例，搅拌使其熔化；(3)降温至400～450℃，保温1小时；(4)浇铸成锭。
本发明提出的抗氧化无铅焊料，具有良好的抗氧化性能，焊料流动性好，焊接后焊点结晶细致光亮。在Sn-Cu无铅焊料中加入适当的Ga(镓)和RE(镧铈稀士元素)，Ga和RE的加入，可以大大提高焊料的抗氧化性。Ga的加入，可以在焊料表面形成一层结构细腻，緻密的集肤层，由于集肤层的作用，使无铅焊料不易被氧化。RE的加入有除气作用和调制合金细化的作用，也使无铅焊料不易被氧化。在焊料中通常溶解有氮、氧等气体，由于氧的存在，使无铅焊料易于氧化。由于RE对氧有一定的吸咐作用，使得氧的氧化能力下降。并且，由于RE的加入，使氧化层表面由疏松变的緻密，使得焊料不易进一步氧化，从而提高焊料的抗氧化能力。在Sn-Cu无铅焊料中加入适当的Ni。Ni的加入可明显的改善合金的结晶状况。Sn-Cu焊料在结晶时是以Cu6Sn5形成技状的金属化合物结晶，结晶生成过大就会使结晶显得粗糙，在Sn-Cu焊料中加入Ni后，会形成Ni3Sn2相，其溶点为795℃，高于Cu6-Sn5相，由于Ni3Sn2相的存在，抑制了Cu6Sn5相的长大，从而使Sn-Cu焊料结晶细致有光泽。也因此使得流动性变好。Ga、RE和Ni的加入量是至关重要的，Ga加入量为0.0008～0.1％，RE的加入量为0.001～0.1％，Ni的加入是为0.01～0.3％，加入量过少则不起作用，加入量过多，会导致熔点升高。
具体实施例方式
本发明的以下实施例均以制备100Kg无铅焊料为例，其中加入的Cu-Ni中间合金中的镍含量为6％，Su-RE中间合金中的RE含量为2％，Sn-Ga中间合金中的Ga含量为1％。
实施例一将99.27KgSn熔化，在550℃加入0.19KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.33Kg，Su-RE中间合金0.15Kg和Sn-Ga中间合金0.08Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时，浇注成锭。
实施例二将99.06KgSn熔化，在600℃加入0.13KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.50Kg，Su-RE中间合金0.25Kg和Sn-Ga中间合金0.10Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
实施例三将98.51KgSn熔化，在580℃加入0.07KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.67Kg，Su-RE中间合金0.30Kg和Sn-Ga中间合金0.50Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
实施例四将98.41KgSn熔化，在550℃加入0.07KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.67Kg，Su-RE中间合金0.40Kg和Sn-Ga中间合金0.50Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
实施例五将97.72KgSn熔化，在580℃加入0.02KgCu，搅拌使之熔化。添加Cu-Ni中间合金0.83Kg，Su-RE中间合金0.50Kg和Sn-Ga中间合金1.0Kg。搅拌使之熔化。在400℃下保温1小时浇注成锭。
对本本方法制备的抗氧化无铅焊料进行抗氧化性和流动性进行了测试，同时与Sn-Cu无铅焊料进行对比实验，实验样6个，对比样2个。抗氧化性能以出渣量作为指标。实验方法如下称取一定量的焊料，放在焊锡锅中，250℃下连续搅拌2小时，搅拌速率为60转/分，记录出渣量。结晶状况采用目视比较法进行。在溶化、冷凝结晶后，对比本方法制备的抗氧化无铅焊料和Sn-Cu无铅焊料的结晶状况，比较结果见下表。
抗氧化无铅焊料与一般无铅焊料性能对比表
权利要求
1.种抗氧化无铅焊料，其特征在于该焊料中各组分的重量百分比为铜 0.5～1％镍 0.01～0.3％镓 0.0008～0.1％镧铈稀土 0.001～0.1％锡 98.5～99.0％
2.一种抗氧化无铅焊料的制备方法，其特征在于该焊料中各组分的重量百分比为铜 0.5～1％镍 0.01～0.3％镓 0.0008～0.1％镧铈稀土0.001～0.1％锡 98.5～99.0％其制备过程包括以下步骤(1)将锡熔化，在550～600℃下，按比例加入铜，搅拌使铜熔化；(2)分别加入铜—镍合金、锡—镧铈稀土合金和锡—镓合金，使所有加入的铜、镍、镓和镧—铈稀土的总量符合上述比例，搅拌使其熔化；(3)降温至400～450℃，保温1小时；(4)浇铸成锭。
全文摘要
本发明涉及一种抗氧化无铅焊料，属焊料技术领域。其制备方法为首先将锡熔化，在500～700℃下，按比例加入铜，搅拌使铜熔化；分别加入铜－镍合金、锡－镧铈稀土合金和锡－镓合金，使所有加入的铜、镍、镓和镧－铈稀土的总量符合一定比例，搅拌使其熔化；降温至400～450℃，保温1小时；浇铸成锭。本发明提出的抗氧化无铅焊料，具有良好的抗氧化性能，焊料流动性好，焊接后焊点结晶细致光亮。
文档编号B23K35/28GK1554511SQ200310122489
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者严素荣, 朱炳忠, 刘密新, 杨嘉骥, 孙淼 申请人:杨嘉骥