专利名称：一种锡银铜镍铝系无铅焊料合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锡银铜镍铝系无铅焊料合金，更具体地涉及一种适合用于电子组装与封装及电子、电气设备、通讯器材、汽车等领域钎焊焊料的无铅焊料，属于电子材料及电子制备技术领域。
背景技术：
Sn-Pb合金作为现代电子工业的主要封接材料，在电子部件的装配上占着主导地位。虽然Sn-Pb合金具有优异的润湿性及焊接性、导电性、力学性能、成本低等特点，但是由于Pb及Pb化合物具有毒性，使用不当会污染环境且损害工人的身体健康，随着环境保护法规的日趋完善和严格，禁止使用铅的呼声日益高涨。
因此，各国纷纷出台有关禁止含铅焊料在电子产业中使用的法令。2000年6月美国IPCLead-FreeRoadmap第4版发表，建议美国企业界于2001年推出无铅化电子产品，2004年实现全面无铅化欧洲则在推动无铅立法上采取了更为积极的态度，2003年2月13日，欧盟在其《官方公报》上公布{关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》，正式批准WEEE(WasteElectricalandElectronicEquipment)和Rolls(RestrictionofHazardousSubstances)的官方指令生效，强制要求自2006年7月1日起，在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅的电子产品；亚洲方面，日本政府从2003年1月开始全面推行无铅化，并以“无铅”牌阻止或限制美、中、韩、台湾地区及欧洲有铅电子产品的进口；中国政府已于2003年3月由信息产业部拟定《电子信息产品生产污染防治管理法》自2006年7月1日禁止电子产品含铅。
在当前的的无铅焊料中Sn-Ag-Cu系合金具有较好的应用前景，得到了美国NEMI、英国DTI、Soldertec等的推荐。基于Sn-Ag-Cu系，美国专利4,778,733提出由Sn-Ag(0.05-3％)-cu(0.7-6％)组成的无铅焊料；美国专利5,527,628叙述了组成为93.6Sn-4.7Ag-I.7Cu的合金；美国专利5,863,493给出了Sn-Ag(2.0-5.0％)-cu(0-2.9％)的无铅焊料另外，美国专利4,758,407在Sn-AS(0-5.0％)-cu(3.0-5.0％)的基础上添加元素Ni；美国专利6,179,935则在Sn-As(0-4.0％)-Cu(0-2.0％)的基础上添加微量元素M和Ge。对于Sn-Ag-Cu系焊料合金来说，综合性能比较优越，但也具有润湿性较差，合金组织粗大、分布不均匀等缺点。
发明内容
本发明的目的是提出一种锡银铜镍铝系无铅焊料合金，以优化焊料合金的微观结构，提高焊料的应用特性。
本发明提出的锡银铜镍铝系无铅焊料合金，其中各化学成分的重量百分比为Ag1.5～4.0Cu0.1～2.0Al0.1～0.5Ni0.01～1.0余量为Sn和不可避免的杂质。
本发明提出的锡银铜镍铝系无铅焊料合金，可以通过现有技术中已知的一般制作方法获得各种物理形式，如膏、粉、块、棒、球和丝等，进而进行多种焊接工艺，如再流焊、波峰焊和手工焊等，满足多种需要。
利用本发明方法制备的锡银铜镍铝系无铅焊料合金，其优点一是提高了合金焊料的铺展率，即焊料在焊接件上的浸润性好；二是抗氧化性好，无铅焊料合金中的Ni提高合金的抗氧化性，其中的Al易于在焊料表面形成深的氧化膜，保护合金，焊接时利用溶剂将氧化膜去除，使焊接点结合强度高，组织均匀，缺陷少；三是焊料的稳定性提高，焊料的焊接特性不会恶化。
具体实施例方式
下面详细说明本发明中各添加元素的作用及其最佳含量Ag可以与Sn基体形成Sn-Ag共晶以降低焊料的熔点、提高焊料的力学性能，尤其Sn-Ag系焊料与传统Sn-Pb共晶相比有着优异的抗蠕变疲劳性能。如果Ag的加入量少于0.5％，这些作用就将不明显。加入5.0％以上的Ag会使焊料合金的液相线温度急剧升高，导致钎焊温度的升高从而使电子元器件可能会遭受热损伤。Ag含量优选的是1.5～4.0％。添加Cu可以使Sn-Ag-Cu间形成三元共晶以进一步降低焊料的熔点。Cu元素还可以提高Sn-Ag系焊料的浸润性。Cu元素的存在也可以提高焊料的强度以弥补Sn-Ag焊料强度不足这一缺点。Sn-Ag-Cu共晶焊料也有着更高的强度。并且，当通过在熔融的焊料锅中浸焊的方式，向敷有铜箔导线的的印刷电路板上钎焊电子元件时，熔融焊料锅中存在的Cu具有抑制铜箔导线中的铜向熔融焊料锅扩散的额外作用。Cu含量的优选是0.1～2.0％。元素Ni可以抑制Cu向熔融焊料中的溶解，降低Cu向熔融焊料中的溶解速度以及桥连发生的可能性。Ni控制由于Sn和Cu反应的结果而形成的金属间化合物如Ct-Sn5和Cu3Sn，并使这些形成的化合物溶解。Al抗氧化微观机理解析由于Al是面心立方结构，具有各向同性的特征，所以焊料合金在凝固时，Al是以高度弥散的微小质点的形式析出并分布于合金基体中，每一个微小质点都对周围一定范围内的合金基体产生抗氧化保护作用。这样，用较少量的Al，就能起到理想的抗氧化效果。
以下是本发明的实施例，各实施例可以通过一般方法浇铸制造，即称重金属原料，并在坩埚或熔锅中在空气中加热并搅拌。但是，在空气中熔化原料金属，原料金属及合金中的杂质或非金属物与空气发生反应，其结果是可溶性气体，诸如可溶性氮或氧存留在焊料合金中，降低焊接性能。因此，本发明的无铅含量合金最好在真空中或者在惰性气体中冶炼。
实施例1无铅焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag3.8，Cu0.3，Al0.1，Ni0.02，余量为Sn。所得焊料合金的固相线温度为216.13℃，液相线温度为219.53℃，铺展率为91.3％。
实施例2无铅焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag3.5，Cu0.7，Al0.2，Ni0.10，余量为Sn。所得焊料合金的固相线温度为216.13℃，液相线温度为219.53℃，铺展率为91.3％。
实施例3无铅焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag3.0，Cu1，Al0.3，Ni0.40，余量为Sn。所得焊料合金的固相线温度为216.96℃，液相线温度为220.20℃，铺展率为94.3％。
实施例4无铅焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag2.0，Cu1.5，Al0.4，Ni0.70，余量为Sn。所得焊料合金的固相线温度为220.66℃，液相线温度为223.12℃，铺展率为87.1％。
实施例5无铅焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag2.5，Cu1.5，Al0.5，Ni1.00，余量为Sn。所得焊料合金的固相线温度为219.81℃，液相线温度为222.47℃，铺展率为87.7％。
权利要求
1.一种锡银铜镍铝系无铅焊料合金，其特征在于焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag1.5～4.0Cu0.1～2.0Al0.1～0.5Ni0.01～1.0余量为Sn。
全文摘要
本发明涉及一种锡银铜镍铝系无铅焊料合金，属于电子材料及电子制备技术领域。焊料合金中各化学成分的重量百分比为Ag1.5～4.0，Cu0.1～2.0，Al0.1～0.5，Ni0.01～1.0，余量为Sn和不可避免的杂质。本发明提出的无铅焊料合金，可以通过一般制作方法获得各种物理形式，如糊、粉、块、棒和丝等，进而进行多种焊接工艺，如再流焊、波峰焊和手工焊等，满足多种需要。本发明焊料合金的优点一是提高了合金焊料的铺展率；二是抗氧化性好，焊接时利用溶剂将氧化膜去除，使焊接点结合强度高，组织均匀，缺陷少；三是焊料的稳定性提高，焊料的焊接特性不会恶化。
文档编号C22C13/00GK1718797SQ20051008738
公开日2006年1月11日 申请日期2005年8月2日 优先权日2005年8月2日
发明者马莒生 申请人:马莒生