专利名称：一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种焊料合金，具体涉及一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金及其制备方法。
背景技术：
专利CN201010301331. 0公开了一种低熔点锡铋焊料及其制备方法，其焊料为Sn、 Bi、Ag三元亚共晶合金焊料，焊料合金中各化学成分的重量百分比为Sn为44 58wt%， Bi为42 56wt%，Ag为0. 25 lwt%。该发明锡铋焊料熔点范围控制在140°C -168°C 内，铺展面积为52-59Cu:mm2/0. 2g，熔点范围控制在140-168°C内。该焊料合金的铺展面积为52-59CU:mm2/0. 2g，相对较低；同时，熔点的控制范围较宽，温度的上限值较高；且合金中含有贵重的白银。这些都限制了材料的使用。
发明内容
为了解决现有焊料合金强度较低、熔点范围宽、成本高的缺点，本发明提供了一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金及其制备方法。为了达到上述目的，本发明提供了一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金，该焊料合金由以下组分按重量百分比组成Bi 61 63%，Cd 2 4%，Sb 4 6%，Y 0.01 0.03%， Ce 0. 01 0. 03%，其余为 Sn。其中，焊料合金为粉状，该焊料合金粒度为50 80μπι。本发明还提供了一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金的制备方法，包括以下步骤
(1)制备母合金取以下重量百分比的原料进行配比Bi 61 63%，Cd 2 4%，Sb 4 6%，Y 0. 01 0. 03%, Ce 0. 01 0. 03%，其余为Sn ；将上述原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为500 570°C，得到母合金。(2)制备合金带将步骤(1)制得的母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为400 430°C ；所述重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2 4mm处，母合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触， 形成合金带；其中，坩埚底部的孔直径为1mm，快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为10 13m/s， 形成合金带的宽度为3 6毫米，厚度为200 300微米。(3)制备焊料合金将步骤(2)中制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨15 20min ；球磨后，过筛，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。本发明相比现有技术具有以下优点本发明焊料合金采用Bi、Cd、Sb来使锡合金的熔点降低，改善了合金的焊接工艺性能，提高了合金的铺展性；同时，元素Ce和元素Y对合金基体具有细化作用，可以有效提高合金的抗拉强度，同时可以改善合金的铺展性。本发明合金在凝固中，采用快淬方式冷却，可以有效减小合金中的相，同时保证化学成分的均勻分布，这样不仅保证了焊接工艺性能，提高了合金的铺展性，也保证了合金的力学性能。本发明制备中，不用贵重金属银，所取原料成本降低，且制备工艺简便，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。
图1为本发明实施例三制备的无银低熔点锡铋系无铅焊料合金的组织图。由图1可以看出合金的组织致密。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明无银低熔点锡铋系无铅焊料合金进行详细说明。实施例一
母合金的制备取以下重量百分比的原料进行配比Bi 61%，Cd 2%，Sb 4%，Y 0. 01%, Ce 0.01%，其余为Sn ；其中，原料Bi、Cd、Sb、Y、Ce、Sn的纯度均大于99. 9%。将上述原料放
入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为500°C，得到母合金。合金带的制备将母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为40(TC;重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上3mm处，母合金置于管式坩埚内熔融后，在氩气作用下从坩埚底部直径为Imm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成宽度为3mm、厚度为200微米的合金带；快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为13m/s。焊料合金的制备将制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨15min后，取出筛分，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。实施例二
母合金的制备取以下重量百分比的原料进行配比Bi 63%，Cd 4%，Sb 6%，Y 0. 03%, Ce 0.03%，其余为Sn ；其中，原料Bi、Cd、Sb、Y、Ce、Sn的纯度均大于99. 9%。将上述原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为570°C，得到母合金。合金带的制备将母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为430°C;重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上3mm处，母合金置于管式坩埚内熔融后，在氩气作用下从坩埚底部直径为Imm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成宽度为6mm、厚度为300微米的合金带；快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为10m/S。焊料合金的制备将制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨20min后，取出筛分，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。实施例三
母合金的制备取以下重量百分比的原料进行配比Bi 62%，Cd 3%，Sb 5%，Y 0. 02%, Ce 0.02%，其余为Sn ；其中，原料Bi、Cd、Sb、Y、Ce、Sn的纯度均大于99. 9%。将上述原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为530°C，得到母合金。合金带的制备将母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为420°C;重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上3mm处，母合金置于管式坩埚内熔融后，在氩气作用下从坩埚底部直径为Imm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成宽度为4mm、厚度为250微米的合金带；快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为11. 5m/s。焊料合金的制备将制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨17min后，取出筛分，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。
实施例四
母合金的制备取以下重量百分比的原料进行配比Bi 60%, Cd 1%，Sb 3%，Y 0. 005%, Ce 0. 005%，其余为Sn ；其中，原料Bi、Cd、Sb、Y、Ce、Sn的纯度均大于99. 9%。将上述原料放
入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为500°C，得到母合金。合金带的制备将母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为40(TC;重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上3mm处，母合金置于管式坩埚内熔融后，在氩气作用下从坩埚底部直径为Imm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成宽度为4mm、厚度为200微米的合金带；快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为13m/s。焊料合金的制备将制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨15min后，取出筛分，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。实施例五
母合金的制备取以下重量百分比的原料进行配比Bi 64%，Cd 5%，Sb 7%，Y 0. 05%, Ce 0.05%，其余为Sn ；其中，原料Bi、Cd、Sb、Y、Ce、Sn的纯度均大于99. 9%。将上述原料放
入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为500°C，得到母合金。合金带的制备将母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为40(TC;重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上3mm处，母合金置于管式坩埚内熔融后，在氩气作用下从坩埚底部直径为Imm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成宽度为4mm、厚度为200微米的合金带；快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为13m/s。焊料合金的制备将制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨15min后，取出筛分，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。效果实施例
如图1所示为本发明实施例三制得的无银低熔点锡铋系无铅焊料合金的组织结构图， 焊料合金中元素Ce及元素Y对合金基体Sn具有细化作用，可以有效改善合金的铺展性；同时凝固时采用快淬方式冷却，可以保证化学成分的均勻分布。对比各产品的性能参数，如下表所示
表1各产品性能对比
权利要求
1.一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金，其特征在于由以下组分按重量百分比组成Bi 61 63%，Cd 2 4%，Sb 4 6%，Y 0. 01 0. 03%, Ce 0. 01 0. 03%，其余为 Sn。
2.根据权利要求1所述的无银低熔点锡铋系无铅焊料合金，其特征在于所述焊料合金为粉状，合金颗粒的粒度为50 80 μ m。
3.一种无银低熔点锡铋系无铅焊料合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)制备母合金取以下重量百分比的原料进行配比Bi61 63%，Cd 2 4%，Sb 4 6%，Y 0. 01 0. 03%, Ce 0. 01 0. 03%，其余为Sn ；将上述原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为500 570°C，得到母合金；(2)制备合金带将步骤(1)制得的母合金放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为400 430°C ；所述重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上 2 4mm处，母合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成宽度为3 6毫米、厚度为200 300微米的合金带；(3)制备焊料合金将步骤(2)中制得的合金带粉碎后，放入球磨机中研磨15 20min， 过蹄，筛分得到粒度为50 80 μ m的合金颗粒。
4.根据权利要求3所述的无银低熔点锡铋系无铅焊料合金的制备方法，其特征在于 所述步骤(2)中坩埚底部的孔直径为1mm，快粹炉转轮轮缘的旋转线速度为10 13m/s。
全文摘要
本发明公开了一种无银熔点锡铋系无铅焊料合金及其制备方法，该焊料合金由以下组分按重量百分比组成Bi61～63%，Cd2～4%，Sb4～6%，Y0.01～0.03%，Ce0.01～0.03%，其余为Sn。本发明制得的焊料合金能有效提高抗拉强度、减小熔点范围，降低熔点温度，且降低了生产成本。
文档编号C22C1/02GK102321829SQ20111032385
公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者张金花, 王倩, 王玲, 范乐, 赵浩峰, 陈文兵 申请人:南京信息工程大学