专利名称:一种无铅焊料合金及其制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种无铅焊料合金及其制作方法，该合金焊料可广泛应用于各种线路板、元器件及组装生产线的焊接原料。
背景技术：
过去，用于电子产品部件的电连接的焊料大多使用含铅量较多的钎焊合金。但是，铅是不可降解性的有毒金属元素。随着科学技术的飞速发展和环境保护意识的加强，人们对铅及其化合物污染环境，危害人体健康的问题越来越重视。因此，无铅焊料在与人们生活密切相关领域替代铅焊料的呼声日益高涨，美国、欧洲、日本等发达国家纷纷立法实施推广无铅焊料。电子产品无铅化的安排已提到议事日程，各大公司纷纷展开无铅焊料的研究，并相继试验推出无铅产品。
目前国内外已经研究开发出了多种无铅焊料，其中包括银(Ag)、铜(Cu)、锡(Sn)合金，尽管银、铜、锡合金在许多方面的性能上接近于锡、铅合金，但仍然存在许多的不足，铜等金属的铺展性能、填缝性能较差，熔点偏高，从而使其应用受到了很大的限制。并且银、铜、锡合金易于产生低熔点共晶成分。因此，目前现有技术还未开发出一种无铅但保持焊料优良性能的实质可替代性产品。
发明内容本发明的目的在于提供一种铺展性能优良、熔点较低且高度环保的无铅焊料，本发明的焊料不会产生低熔点共晶成分，有利于在焊接过程中形成可靠的焊点，而且更有利于减少蠕变变形。
本发明一种无铅焊料合金，由银、铜、锡和混合稀土Re组成，并且，各组分的重量百分比为
Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re 0.01～0.5％，余量为Sn。
无铅焊料合金中，所述的各组分的重量百分比为Ag 4～6％，Cu 0.2～0.8％，混合稀土Re 0.05～0.3％，余量为Sn。
在所述无铅焊料合金中，所述的混合稀土Re的成分为La、Ce、Pr稀土中的一种元素，或为La、Ce、Pr稀土中的两种或三种元素的任意比例的混合。
本发明所要解决的技术问题还在于提供一种制作所述的无铅焊料合金的方法，该方法包括以下步骤(1)按照配比准确称取Ag、Cu、混合稀土Re和Sn元素，(2)按照99倍混合稀土Re的质量称取第一部分Sn，将第一部分Sn和混合稀土Re在500～600℃温度下熔化形成稀土母合金，稀土母合金由Sn和Re组成，其中，混合稀土Re占稀土母合金的重量百分比为1％，Sn占稀土母合金的重量百分比为99％，(3)将减去第一部分Sn以后的Sn的60％-70％质量和全部的Ag、Cu加入容器中，升温至540-560℃，全部熔化后加入步骤(1)中制备的稀土母合金，充分熔化，(4)向所述容器中加入最后余下的Sn，充分熔化后，搅拌均匀浇铸成无铅焊料合金块。
在焊接过程中，液态焊料会与基底铜反应生成金属间化合物，并造成基底的溶解，无铅焊料中采用铜，可以降低基体电路板上的铜向焊料中溶解，可以降低焊料的熔点，改善焊料的润湿性能，同时具有较优良的力学性能。
将混合稀土Re加入到SnAgCu合金中，不会产生低熔点共晶成分，有利于在焊接过程中形成可靠的焊点。
在表面组装条件下，由于元器件、基底和焊料之间热膨胀系数不匹配会使焊接头内部产生热应力，尤其是在低周期疲劳过程中，由于持续阶段所占比例加大使得蠕变越来越成为接头失效的主要原因，它会在蠕变过程中使接头内部由于热膨胀不匹配而产生的弹性应变通过应力释放转变为塑性应变积累起来，最终导致接头的失效。添加了混合稀土的SnAgCu合金焊料的膨胀系数与SnPb焊料相比，更接近于铜基底的线性膨胀系数，因而更有利于减少蠕变变形。
具体实施方式实施例1 无铅焊料合金1的制备制备一种无铅焊料合金，由银、铜、锡和混合稀土Re组成，各组分按照重量百分比为Ag 4％，Cu 1.2％，混合稀土Re 0.05％，Ce 0.05％，余量为Sn。
在制备无铅焊料合金时，首先按照前述配比准确称取各元素，接着通过以下步骤具体进行制备在500～600℃下生产Sn-Re1％的稀土母合金，混合稀土Re占的重量百分比为1％，将稀土母合金用剩下的Sn重量的60％-70％和全部的Ag、Cu加入容器中，升温至550℃，待全部熔化后加入前述制备的稀土母合金，充分熔化，加入余下的锡，充分熔化后，搅拌均匀浇铸成无铅焊料合金。
实施例2 无铅焊料合金2的制备制备一种无铅焊料合金，其包括银、铜、锡，以及混合稀土Re，并且，各组分按照重量百分比为Ag 7％，Cu1.2％，混合稀土Re 0.2％，余量为Sn。
在制备无铅焊料合金时，首先按照前述配比准确称取各元素，接着通过以下步骤具体进行制备在500～600℃下生产Sn-Re1％的稀土母合金，混合稀土Re占的重量百分比为1％，将稀土母合金用剩下的Sn和全部的Ag、Cu加入容器中，升温至550℃左右。待全部熔化后加入前述制备的稀土母合金，充分熔化，加入余下的锡，充分熔化后，搅拌均匀浇铸成无铅焊料合金。
实施例3 一个生产1000g无铅焊料合金的实例及其步骤(1)先称取396gSn，4g混合稀土Re制备400g Sn-Re稀土母合金，然后分别称取50g Ag、8g Cu、362g Sn、180g Sn；(2)将362g Sn、50g Ag和8g Cu放入锅内，加热至540℃-560℃搅拌至全部熔化后；(3)在锅内加入400g Sn-Re母合金，继续加热搅拌至全部熔化后；(4)在锅内继续加入180g Sn，至全部溶化，搅拌均匀后浇铸成无铅焊料合金。
实施例4 无铅焊料合金1和2的性能测试将实施例1和实施例2中制备的两种不同配比的合金焊料进行性能测试，并且以传统的Ag-Sn-Cu焊料合金作为对照，各性能参数如表1。
表1
由上表可知，本发明不会产生低熔点共晶成分，有利于在焊接过程中形成可靠的焊点，同时具有较优良的力学性能。
权利要求
1.一种无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金由银、铜、锡和混合稀土Re组成，各组分的重量百分比为Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re 0.01～0.5％，余量为Sn。
2.如权利要求
1或2所述的一种无铅焊料合金，其特征在于，该无铅焊料合金的各组分的重量百分比为Ag 4～6％，Cu 0.2～0.8％，混合稀土Re 0.05～0.3％，余量为Sn。
3.如权利要求
1或2所述的一种无铅焊料合金，其特征在于，所述的混合稀土Re的成分为La、Ce、Pr稀土中的一种元素，或为La、Ce、Pr稀土中的两种或三种元素的任意比例的混合。
4.一种制作权利要求
1所述的无铅焊料合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)按照配比准确称取Ag、Cu、混合稀土Re和Sn元素，(2)按照99倍混合稀土Re的质量称取第一部分Sn，将第一部分Sn和混合稀土Re在500～600℃温度下熔化形成稀土母合金，稀土母合金由Sn和Re组成，其中，混合稀土Re占稀土母合金的重量百分比为1％，Sn占稀土母合金的重量百分比为99％，(3)将减去第一部分Sn以后的Sn的60％-70％质量和全部的Ag、Cu加入容器中，升温至540-560℃，全部熔化后加入步骤(1)中制备的稀土母合金，充分熔化，(4)向所述容器中加入最后余下的Sn，充分熔化后，搅拌均匀浇铸成无铅焊料合金块。
专利摘要
本发明公开了一种无铅焊料合金，由银、铜、锡和混合稀土Re组成，并且，各组分的重量百分比为Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re0.01～0.5％，以及余量为Sn。本发明还公开了所述无铅焊料合金的制备方法。本发明的无铅焊料合金可广泛应用于各种线路板、元器件及组装生产线的焊接原料。本发明的无铅焊料合金铺展性能优良、熔点较低且高度环保，并且其不会产生低熔点共晶成分，有利于在焊接过程中形成可靠的焊点。
文档编号C22C1/03GK1990161SQ200510112378
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日
发明者沈嘉麟, 顾秀峰, 吴建华, 张忠民, 韩鹰, 孙飞, 朱卫敏, 黄惠民 申请人:上海飞轮有色冶炼厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan