专利名称：锡锌铜无铅钎料合金的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料技术领域，涉及到电子封装钎焊材料技术，特别涉及到适用于钎焊电子元件而不造成热损伤的无铅钎料合金。
背景技术：
由于传统的锡铅钎料含有对人体和环境具有极大危害的铅元素，发展无铅钎料已经成为当前材料科学工作者的一项紧迫任务。美国、日本等国家正积极立法来禁止铅的使用，欧盟根据立法案电气电子产品机械的废弃物的指令，从2006年7月1日起将全面禁止含铅、镉等有毒有害元素在电子工业中的使用。因而，为了消除铅的污染，迫切需要无铅的钎料来取代Sn-Pb钎料应用于电子封装焊接技术中。
为了使无铅钎料合金成分满足有关法规要求，并使钎料合金具有优良的力学性能和钎焊接头具有较高的可靠性，钎料合金必须具有合适的熔点，良好的润湿性，组成元素不含有毒、有害性元素，供给量充足能够满足产业化的要求，合金组织稳定性好，无腐蚀性等。在当前研究的二元及多元合金体系中，Sn-Ag，Sn-Bi-Ag，Sn-Ag-Cu钎料极其钎焊接头研究较多，具有较好的应用前景。但是这些合金十分昂贵，是锡铅合金价格的3倍左右。
Sn-9Zn合金具有良好的经济性和力学性能，但是Zn元素具有活拨的化学性质和冶金性，使该合金的润湿性和抗腐蚀性很差，极大影响了应用。而且，Sn-9Zn合金组织中含有粗大的β-Sn晶粒，由于润湿性差钎焊接头结合强度也较低。近年来，为了改善Sn-9Zn合金的性能，研究者将In、Bi、Al以及稀土元素等作为合金化元素添加到合金中，但是作用不够显著。例如，美国发明专利US6488888，US6440288，US5017738以及千住会社申请的中国发明专利(公开号1198117)等都添加了多种元素到Sn-Zn合金中来改善性能。其中Cu的添加量都小于3％。然而，根据我们的最新研究结果，如果在Sn-9Zn体系内加入3-10％的Cu元素可以明显提高其润湿性。其原因在于只有Cu的添加超过3％才可使Zn形成较稳定的Cu-Zn化合物，极大降低了Zn元素的活泼性；进一步地，该钎料具有良好的力学性能以及可靠性。其抗拉强度大于50Mpa，虽然塑性下降，但仍具有15％以上的延伸率和断面收缩率。完全可满足钎料的力学性能要求。
发明内容
本发明的目的是，提供一种锡锌铜无铅钎料，以解决目前制约锡锌合金存在的问题，使其润湿性、抗腐蚀性及力学性能进一步改善，从而可以广泛应用于电子封装当中。
本发明的更为具体的目的是提供具有以下性质的无铅钎料合金1)具有良好的可焊性；2)形成的钎焊接头具有足够高的结合强度，钎焊接头组织稳定性优良；3)可以用钎焊烙铁进行钎焊；4)极低的成本。
本发明的技术方案是，在Sn-Zn合金中添加了3.05～10重量％的Cu，，同时任选含有0.2～2重量％的Bi、微量稀土元素RE(由La，Ce，Pr，Nd中的一种或几种元素组成)中的一种或几种。
钎料合金成分根据以下理由是Cu元素的加入使得合金中富Zn相转变成Cu-Zn化和物，极大降低了Zn元素的活泼性，使得在钎焊过程中Zn的氧化问题得到解决，降低了液相的表面张力，因而显著提高了润湿性。
微量混合稀土元素抑制了粗大的β-Sn晶粒生成，使合金组织明显细化，进而提高了合金的力学性能，同时稀土元素的加入显著改善合金的润湿性。
Bi作为合金化元素来提高合金的润湿性、降低熔点本发明的效果和益处是，由于Cu，RE，Bi合金化元素的加入使得钎料合金润湿性、力学性能较好，熔点适宜，价格便宜，能够克服Sn-Zn合金的弱点，可广泛应用于电子工业，尤其是家电，汽车等领域的无铅化需求。
图1是(Sn-9Zn)-xCu的润湿角随Cu含量变化示意图，使用的钎剂是RMA松香活性钎剂，钎焊温度为265℃。
具体实施例方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式
和实施例。本发明的锡锌铜无铅钎料的化学成分(％)如下1.(5～10)Zn；(3.05～10)Cu，余量为Sn及不可避免的杂质组成；2.(5～10)Zn；(0.05～0.5)RE；(3.05～10)Cu，余量为Sn及不可避免的杂质组成；3.(5～10)Zn；(0.2～2)Bi，(3.05～10)Cu，余量为Sn及不可避免的杂质组成。
将上述按成分配好的原料放入工业用真空感应炉中冶炼，在常压下，600℃温度保温4～6小时，浇注即可得到焊料合金.通过喷雾制取钎料粉末，加入钎剂，便得到焊膏。
实施例选取下列化学成分(％)(7～9)Zn；(0.05～0.15)RE；(0.5～2)Bi；(4～6)Cu，余量为Sn。将上述按成分配好的原料放入工业用真空感应炉中冶炼，在常压下，600℃温度保温4～6小时，浇注即可得到焊料合金，通过喷雾制取钎料粉末，加入钎剂，便得到焊膏。可用于再流焊。
权利要求
1.一种锡锌铜无铅钎料合金，其特征是含有5～10重量％的Zn，3.05～10重量％的Cu，其余为Sn。
2.根据权利要求1所述的一种锡锌铜无铅钎料合金，其特征是含有0.05～0.5重量％的稀土元素，稀土元素包括La，Ce，Pr，Nd中的一种或几种元素。
3.根据权利要求1所述的一种锡锌铜无铅钎料合金，其特征是含有0.2～2重量％的Bi。
全文摘要
本发明属于金属材料工程技术领域，涉及到电子封装钎焊材料技术领域，特别涉及到低熔点的无铅钎料合金。其特征在于合金由以下成分组成5～10重量％的Zn；3.05～10重量％的Cu；0.05～0.5重量％的稀土元素，包括La，Ce，Pr，Nd中的一种或几种元素；含有0.2～2重量％的Bi，其余为Sn。本发明效果和益处是合金其润湿性较好，力学性能优良，无毒、无污染，价格便宜，综合性能优良，可满足电子工业，尤其是家用电器等无铅钎料应用领域的要求。
文档编号C22C13/00GK1555960SQ200410021039
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月10日 优先权日2004年1月10日
发明者赵杰, 于大全, 马海涛, 韩双起, 黄明亮, 王来, 赵 杰 申请人:大连理工大学