专利名称：一种无铅软钎焊料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及焊料及其制造技术领域，具体涉及ー种无铅软钎焊料及其制备方法。
背景技术：
エ业上，钎焊是指采用比母材熔化温度低的焊料，操作温度采用低于母材固相而高于焊料液相线的ー种焊接技术。根据焊料液相线温度的高低钎焊分为软钎焊和硬钎焊两种。软钎焊是ー种低温结合エ艺，与硬钎焊相比具有以下特点(I)可用烙铁、喷灯等普通热源进行焊接，操作容易；(2)加热温度低，母材金属的组织性能变化不大，可以使铜铝构件以任何方式焊接，其可能发生的膨胀、強度变化和变形都较小；(3)生产率高，一次性能焊接几十至几千个焊缝，易于实现自动化生产。目前电子行业中常用的软钎焊料是锡铅合金，由于锡铅合金具有良好的润湿性和导电性，焊接性能很好且成本低，因此得到广泛应用。但铅及其化合物对环境污染很大，会 危害人类及生物体健康。因此，在电子エ业中很需要一种无铅软钎焊料来代替传统的锡铅焊料。无铅焊料不仅要有好的焊接性能，有些还要求焊料的焊点要哑光，以减少光对眼睛的刺激；有些要求焊料能满足线路板二次焊接要求。二次焊接是指先采用熔点较高的合金将一些组件焊接在印刷线路板上，然后以具有较低熔点的焊料将另外的组件焊接在印刷线路板的相同面或另一面上，而不致使第一种组件脱落。这就要求第一次焊接的焊料熔点要尽量高。中国专利公告号为CN1242869C的发明专利公开了ー种无铅焊料，其按重量百分比为银 Ag : I. 8%-2. 2%、锑 Sb 0. 5%-1. 0%、铜 Cu : I. 0%-3. 0%、铟 In 0. 6%-3. 0% 和余量为锡Sn组成。公告号为CN1252842A的无铅焊料，其按重量百分比为银Ag :1. 0%_3. 0%、锑Sb 0-4. 0%、铜Cu 0-2. 0%、铋Bi :15%_30%和余量为锡Sn组成；公告号为CN1475327的无铅焊料，其按重量百分比为银Ag :0. 01%-0· 5%、锑Sb :0. 01-0. 5%、铜Cu :2. 0-5. 0%、铟 In 0. 002%-0. 2%、镍 Ni 0. 01%-0. 5%、镓 Ga 0. 002%_0· 1%、磷 P 0. 002%_0· 1%、铼 Re O. 01%-2. 0%和余量为锡组成。这些无铅焊料的熔点都相对较低，而且其中含有的银、铟这两种稀有金属，这两种金山矿产资源少，价格相对高，且铋含量高，焊接后焊点易剥离。
发明内容
本发明需解决的问题是提供一种制造方法简单、成本低、性能好、产渣少的无铅软钎焊料。为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是一种无铅软钎焊料，以锡Sn为基底，还含有以下按重量百分比计的成分铜Cu O. 1%-2. 5%、锑Sb 4. 1%-6. 0%、镍NiO. 005%-3. 0%、0· 01%-3. 0% 的活性炭和 / 或 O. 01%-3. 0% 的氯化锌 ZnCl2。优选的，所述焊料中还可选择性加入O. 005%-2. 0%的氢氧化钠NaOH或者O. 005%-2. 0%的氯化铵NH4Cl中的ー种或两种。本发明所述的无铅软钎焊料的制造方法，其步骤如下(1)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入铜，待铜熔化后，搅拌均匀熔炼成液态的锡铜合金，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出；
(2)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入锑，待锑熔化后，搅拌均匀，静置ー段时间后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭再取出；
(3)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入镍，待锑熔化后，搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭再取出；
(4)将上述步骤中制得的三种合金錠、活性炭、氯化锌、氢氧化钠和/或氯化铵及余量的锡，按重量百分比计算铜Cu O. 1%-2· 5%、锑Sb 4. 1%-6· 0%、镍Ni O. 005%_3· 0%、活性炭O. 01%-3. 0%和/或氯化锌ZnCl2 O. 01%-3. 0%的比例加入不锈钢锅内进行熔炼，制成焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。与现有技术相比，本发明的有益效果在于所述的软钎焊料合金中不含铅这种对 人体有害的物质，满足电子产品的无铅化焊接要求；合金中采用熔点和价格相对低的金属改善焊料合金的高温性能、抗氧化性能，并使焊料适合于线路板的二次焊接，具有良好的经济效益；活性炭、氯化锌、氢氧化钠、氯化铵的加入，可以除去金属内部微量的氧气O2、ニ氧化硫SO2、ニ氧化碳CO2等气体，从而保护金属表面，减少产品的氧化，降低产渣率；另外，所述焊料合金的制造方法简单，易于在エ业上实现。
具体实施例方式本发明所公开的无铅软钎焊料，以锡Sn为基底，另包含有以下按重量百分比计的成分铜 Cu O. 1%-2. 5%、锑 Sb 4. 1%-6. 0%、镍 Ni O. 005%-3. 0%、活性炭 O. 01%-3. 0% 和/或氯化锌 ZnCl2O. 01%-3. 0%。优选的，在所述焊料中后还可选择性加入按重量百分比计为O. 005%-2. 0%的氢氧化钠NaOH或者O. 005%-2. 0%的氯化铵NH4Cl中的ー种或两种。在以锡Sn为主要原料的无铅焊料合金中加入铜Cu，可以增加焊料的机械强度。但Cu的含量不能太高，因为Cu熔点较高，如果Cu含量高会显著增加焊料的熔化温度，减少焊料的润湿性。因此本发明以增加焊料的机械强度而基本不影响焊料润湿性为前提，将Cu重量百分比含量定为O. 1%-2. 5%。本发明中锑Sb可以改善焊料的高温性能，同时锑的添加也使焊接后的焊点呈现哑光。现有技术中，通常添加金属银以达到使焊点哑光的作用，但银价格较高。锑和银相比，具有熔点低、价格便宜，便于加工制造的优点。Ni的添加，有利于细化焊料合金，减少焊接时焊点桥连现象的发生。本发明中，加入活性炭和/或氯化锌，可以除去金属内部微量的氧气O2、ニ氧化硫SO2、ニ氧化碳CO2等气体，从而保护金属表面，减少产品的氧化，降低产渣率。但是焊料合金中活性炭和氯化锌成分过多时对合金的导电性能有影响，还可能引起焊接不良，妨碍焊接质量。因此这两种物质的添加量定于O. OP/0-3. 0%的活性炭和O. 01%-3. 0% 的氯化锌 ZnCl2。本发明所述的无铅软钎焊料的制造方法，其具体步骤如下
(I)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，一般升温至1000-1200°C时加入铜，加入的铜，铜量一般占锡铜合金总重量的5%-15%，以便于熔炼；待铜熔化后，用搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态的锡铜合金，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出；
(2)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，一般升温至600-100(TC时加入锑，加入的锑量一般占锡锑合金总重量的40%-60%，待锑熔化后，用搅拌棒搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭再取出；
(3)将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，一般升温至1500-1800°C时加入镍，加入的镍量一般占锡镍合金总重量的2%-5%，待锑熔化后，用搅拌棒搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭再取出；
(4)将上述步骤中制得的三种合金锭、活性炭、氯化锌、氢氧化钠(可选择)、氯化铵(可选择)及余量的锡，按铜Cu 0. 1%-2. 5%、锑Sb 4. 1%-6. 0%、镍Ni 0. 005%_3. 0%和活性炭0. 01%-3. 0%、氯化锌 ZnCl2 0. 01%-3. 0%、氢氧化钠 NaOH 0. 005%-2. 0%(可选择)、氯化铵 NH4Cl
0.005%-2. 0% (可选择)、余量为锡Sn的配方比加入不锈钢锅内进行熔炼，制成焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。 上述前三个步骤中，合金熔炼成液态后,一般静置30-40分钟后烧铸。须声明的是，该方法中所用的原料均为工业精制原料。所述焊料合金锭熔炼过程中均采用导热性好且耐高温的石墨坩埚，同时石墨坩埚化学性能稳定，可以保证被熔炼物质的纯度。本发明所述的无铅软钎焊料可制成各种形态，包括但不限于上述所列举的焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。实施例I :
将90kg精锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温至1100°C，加入IOkg精铜，用木制搅拌棒搅拌均匀熔炼成液态锡铜合金，静置30分钟后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出；再向石墨坩埚内投入50kg精锡进行熔化，熔后升温至600°C -1000°C，加入50kg纯锑，待锑熔化并搅拌均匀，静置30分钟后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭取出；
再向石墨坩埚内投入57kg精锡进行熔化，熔后升温至1600°C左右，投入3kg纯镍，待镍熔化并搅拌均匀，静置30分钟后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭取出；
将上述配制成的三种合金锭、活性炭及锡按重量百分比计，锑4. 1%、铜0. 6%、镍
0.05%、活性炭0. 15%和余量为锡，加入不锈钢锅内进行熔炼，配制成无铅焊料合金。实施例2
取实施例I所配制的三种合金锭、活性炭及锡按重量百分比计配制成锑4. 8%、铜0. 1%、镍3. 0%、活性炭0. 5%和余量为锡的无铅焊料。实施例3
取实施例I所配制的三种合金锭、活性炭及锡按重量百分比计配制成锑6. 0%、铜2. 5%、镍1. 5%、活性炭0. 3%和余量为锡的无铅焊料。实施例4
取实施例I所配制的三种合金锭、活性炭、氯化锌及锡按重量百分比计配制成锑4. 5%、铜0. 8%、镍0. 5%、活性炭0. 2%、氯化锌1. 5%和余量为锡的无铅焊料。实施例5
取实施例I所配制的三种合金锭、活性炭、氯化锌及锡按重量百分比计配制成锑4. 1%、铜0. 1%、镍3. 0%、活性炭0. 5%、氯化锌0. 08%和余量为锡的无铅焊料。
实施例6
取实施例I所配制的三种合金锭、活性炭、氯化锌及锡按重量百分比计配制成锑6. 0%、铜2. 5%、镍0. 05%、活性炭0. 05%、氯化锌1. 6%和余量为锡的无铅焊料。实施例7
取实施例I所配制的三种合金锭、氯化锌及锡按重量百分比计配制成锑5. 5%、铜1. 0%、镍0. 005%、氯化锌0. 05%和余量为锡的无铅焊料。实施例8
取实施例I所配制的三种合金锭、氯化锌及锡按重量百分比计配制成锑4. 1%、铜2. 5%、镍1. 5%、氯化锌1. 5%和余量为锡的无铅焊料。实施例9
取实施例I所配制的三种合金锭、氯化锌及锡按重量百分比计配制成锑6. 0%、铜0. 1%、镍3. 0%、氯化锌0. 8%和余量为锡的无铅焊料。实施例10
取实施例I所配制的三种合金锭及锡按重量百分比计配制成锑6. 0%、铜0. 1%、镇1. 0%、和余量为锡的无铅焊料。实施例11
取实施例I所配制的三种合金锭及锡按重量百分比计配制成锑4. 5%、铜1. 0%、镇0. 01%和余量为锡的无铅焊料。实施例12
取实施例I所配制的三种合金锭及锡按重量百分比计配制成锑4. 1%、铜2. 5%、镇1. 5%、和余量为锡的无铅焊料。从上述12个实施例所得的无铅焊料合金中取6种进行性能测试，结果如下
权利要求
1.一种无铅软钎焊料，以锡Sn为基底，按重量百分比计，还含有铜Cu O. 1%-2.5%、锑Sb4. 1%-6. 0%、镍Ni O. 005%-3. 0% ;其特征在于还含有按重量百分比计为O. 01%-3. 0%的活性炭和/或O. 01%-3. 0%的氯化锌ZnCl2。
2.根据权利要求I所述的无铅软钎焊料，其特征在于还包括O.005%-2. 0%的氢氧化钠 NaOH 和/或 O. 005%-2. 0% 的氯化铵 NH4Cl。
3.一种无铅软钎焊料的制造方法，步骤为 将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入铜，待铜熔化后，搅拌均匀熔炼成液态的锡铜合金，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡铜合金锭取出； 将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入锑，待锑熔化后，搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡锑合金锭再取出； 将锡加入石墨坩埚内进行熔化，熔后升温，加入镍，待镍熔化后，搅拌均匀，静置一段时间后倒入铸模浇铸成锡镍合金锭再取出； 将上述步骤中制得的三种合金錠、活性炭和/或氯化锌、氢氧化钠和/或氯化铵及余量的锡，按按重量百分比计算铜Cu O. 1%-2. 5%、锑Sb 4. 1%-6. 0%、镍Ni O. 005%-3. 0%、活性炭和/或氯化锌O. 01%-3. 0%的比例加入不锈钢锅内进行熔炼，制成焊锡丝、焊锡条、锡粉、锡膏。
4.根据权利要求3所述的无铅软钎焊料的制造方法，其特征在于所述步骤(I)中锡熔后升温至1000-1200°C时加入铜，加入的铜量占锡铜合金总重量的5%-15%。
5.根据权利要求3所述的无铅软钎焊料的制造方法，其特征在于所述步骤(2)中锡熔后升温至600-1000°C时加入锑，加入的锑量占锡锑合金总重量的40%-60%。
6.根据权利要求3所述的无铅软钎焊料的制造方法，其特征在于所述步骤(3)中锡熔后升温至1500-1800°C时加入镍，加入的镍量占锡镍合金总重量的3%-5%。
7.根据权利要求3所述的无铅软钎焊料的制造方法，其特征在干所述步骤(I)(2)(3)中合金熔炼成液态后均静置30-40分钟。
8.根据权利要求3所述的无铅软钎焊料的制造方法，其特征在于步骤(4)中还加入O. 005%-2. 0%的氢氧化钠NaOH和/或O. 005%-2. 0%的氯化铵NH4Cl。
全文摘要
本发明涉及一种无铅软钎焊料及其制备方法。所述的无铅软钎焊料以锡Sn为基底，按重量百分比计，还含有铜Cu0.1%-2.5%、锑Sb4.1%-6.0%、镍Ni0.005%-3.0%、0.01%-3.0%的活性炭和/或0.01%-3.0%的氯化锌ZnCl2，并可选择性加入一定量的氢氧化钠NaOH和氯化铵NH4Cl。其中活性炭、氯化锌的加入，可以除去金属内部微量的O2、SO2、CO2等气体，从而保护金属表面，减少产品的氧化，降低产渣率。本发明所述焊料在保证焊料合金良好的焊接性能的基础上，大大降低了企业生产成本，具有良好的经济效益；而且所述焊料合金的制造方法简单，工业上易于实现。
文档编号B23K35/363GK102717200SQ20121021198
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者曹正, 苏传港, 苏传猛, 苏燕旋, 郭黎 申请人:高新锡业(惠州)有限公司