專利名稱:一種無鉛焊料合金及其制作方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域，具體涉及一種無鉛焊料合金及其制作方法，該合金焊料可廣泛應用于各種線路板、元器件及組裝生產線的焊接原料。
背景技術：
過去，用于電子產品部件的電連接的焊料大多使用含鉛量較多的釬焊合金。但是，鉛是不可降解性的有毒金屬元素。隨著科學技術的飛速發展和環境保護意識的加強，人們對鉛及其化合物污染環境，危害人體健康的問題越來越重視。因此，無鉛焊料在與人們生活密切相關領域替代鉛焊料的呼聲日益高漲，美國、歐洲、日本等發達國家紛紛立法實施推廣無鉛焊料。電子產品無鉛化的安排已提到議事日程，各大公司紛紛展開無鉛焊料的研究，并相繼試驗推出無鉛產品。
目前國內外已經研究開發出了多種無鉛焊料，其中包括銀(Ag)、銅(Cu)、錫(Sn)合金，盡管銀、銅、錫合金在許多方面的性能上接近于錫、鉛合金，但仍然存在許多的不足，銅等金屬的鋪展性能、填縫性能較差，熔點偏高，從而使其應用受到了很大的限制。并且銀、銅、錫合金易于產生低熔點共晶成分。因此，目前現有技術還未開發出一種無鉛但保持焊料優良性能的實質可替代性產品。
發明內容本發明的目的在于提供一種鋪展性能優良、熔點較低且高度環保的無鉛焊料，本發明的焊料不會產生低熔點共晶成分，有利于在焊接過程中形成可靠的焊點，而且更有利于減少蠕變變形。
本發明一種無鉛焊料合金，由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，并且，各組分的重量百分比為
Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re 0.01～0.5％，余量為Sn。
無鉛焊料合金中，所述的各組分的重量百分比為Ag 4～6％，Cu 0.2～0.8％，混合稀土Re 0.05～0.3％，余量為Sn。
在所述無鉛焊料合金中，所述的混合稀土Re的成分為La、Ce、Pr稀土中的一種元素，或為La、Ce、Pr稀土中的兩種或三種元素的任意比例的混合。
本發明所要解決的技術問題還在于提供一種制作所述的無鉛焊料合金的方法，該方法包括以下步驟(1)按照配比準確稱取Ag、Cu、混合稀土Re和Sn元素，(2)按照99倍混合稀土Re的質量稱取第一部分Sn，將第一部分Sn和混合稀土Re在500～600℃溫度下熔化形成稀土母合金，稀土母合金由Sn和Re組成，其中，混合稀土Re占稀土母合金的重量百分比為1％，Sn占稀土母合金的重量百分比為99％，(3)將減去第一部分Sn以后的Sn的60％-70％質量和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至540-560℃，全部熔化后加入步驟(1)中制備的稀土母合金，充分熔化，(4)向所述容器中加入最后余下的Sn，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無鉛焊料合金塊。
在焊接過程中，液態焊料會與基底銅反應生成金屬間化合物，并造成基底的溶解，無鉛焊料中采用銅，可以降低基體電路板上的銅向焊料中溶解，可以降低焊料的熔點，改善焊料的潤濕性能，同時具有較優良的力學性能。
將混合稀土Re加入到SnAgCu合金中，不會產生低熔點共晶成分，有利于在焊接過程中形成可靠的焊點。
在表面組裝條件下，由于元器件、基底和焊料之間熱膨脹系數不匹配會使焊接頭內部產生熱應力，尤其是在低周期疲勞過程中，由于持續階段所占比例加大使得蠕變越來越成為接頭失效的主要原因，它會在蠕變過程中使接頭內部由于熱膨脹不匹配而產生的彈性應變通過應力釋放轉變為塑性應變積累起來，最終導致接頭的失效。添加了混合稀土的SnAgCu合金焊料的膨脹系數與SnPb焊料相比，更接近于銅基底的線性膨脹系數，因而更有利于減少蠕變變形。
具體實施方式實施例1 無鉛焊料合金1的制備制備一種無鉛焊料合金，由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，各組分按照重量百分比為Ag 4％，Cu 1.2％，混合稀土Re 0.05％，Ce 0.05％，余量為Sn。
在制備無鉛焊料合金時，首先按照前述配比準確稱取各元素，接著通過以下步驟具體進行制備在500～600℃下生產Sn-Re1％的稀土母合金，混合稀土Re占的重量百分比為1％，將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，升溫至550℃，待全部熔化后加入前述制備的稀土母合金，充分熔化，加入余下的錫，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無鉛焊料合金。
實施例2 無鉛焊料合金2的制備制備一種無鉛焊料合金，其包括銀、銅、錫，以及混合稀土Re，并且，各組分按照重量百分比為Ag 7％，Cu1.2％，混合稀土Re 0.2％，余量為Sn。
在制備無鉛焊料合金時，首先按照前述配比準確稱取各元素，接著通過以下步驟具體進行制備在500～600℃下生產Sn-Re1％的稀土母合金，混合稀土Re占的重量百分比為1％，將稀土母合金用剩下的Sn和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至550℃左右。待全部熔化后加入前述制備的稀土母合金，充分熔化，加入余下的錫，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無鉛焊料合金。
實施例3 一個生產1000g無鉛焊料合金的實例及其步驟(1)先稱取396gSn，4g混合稀土Re制備400g Sn-Re稀土母合金，然后分別稱取50g Ag、8g Cu、362g Sn、180g Sn；(2)將362g Sn、50g Ag和8g Cu放入鍋內，加熱至540℃-560℃攪拌至全部熔化后；(3)在鍋內加入400g Sn-Re母合金，繼續加熱攪拌至全部熔化后；(4)在鍋內繼續加入180g Sn，至全部溶化，攪拌均勻后澆鑄成無鉛焊料合金。
實施例4 無鉛焊料合金1和2的性能測試將實施例1和實施例2中制備的兩種不同配比的合金焊料進行性能測試，并且以傳統的Ag-Sn-Cu焊料合金作為對照，各性能參數如表1。
表1
由上表可知，本發明不會產生低熔點共晶成分，有利于在焊接過程中形成可靠的焊點，同時具有較優良的力學性能。
權利要求
1.一種無鉛焊料合金，其特征在于，該無鉛焊料合金由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，各組分的重量百分比為Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re 0.01～0.5％，余量為Sn。
2.如權利要求
1或2所述的一種無鉛焊料合金，其特征在于，該無鉛焊料合金的各組分的重量百分比為Ag 4～6％，Cu 0.2～0.8％，混合稀土Re 0.05～0.3％，余量為Sn。
3.如權利要求
1或2所述的一種無鉛焊料合金，其特征在于，所述的混合稀土Re的成分為La、Ce、Pr稀土中的一種元素，或為La、Ce、Pr稀土中的兩種或三種元素的任意比例的混合。
4.一種制作權利要求
1所述的無鉛焊料合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)按照配比準確稱取Ag、Cu、混合稀土Re和Sn元素，(2)按照99倍混合稀土Re的質量稱取第一部分Sn，將第一部分Sn和混合稀土Re在500～600℃溫度下熔化形成稀土母合金，稀土母合金由Sn和Re組成，其中，混合稀土Re占稀土母合金的重量百分比為1％，Sn占稀土母合金的重量百分比為99％，(3)將減去第一部分Sn以后的Sn的60％-70％質量和全部的Ag、Cu加入容器中，升溫至540-560℃，全部熔化后加入步驟(1)中制備的稀土母合金，充分熔化，(4)向所述容器中加入最后余下的Sn，充分熔化后，攪拌均勻澆鑄成無鉛焊料合金塊。
專利摘要
本發明公開了一種無鉛焊料合金，由銀、銅、錫和混合稀土Re組成，并且，各組分的重量百分比為Ag 3～8％，Cu 0.1～1.0％，混合稀土Re0.01～0.5％，以及余量為Sn。本發明還公開了所述無鉛焊料合金的制備方法。本發明的無鉛焊料合金可廣泛應用于各種線路板、元器件及組裝生產線的焊接原料。本發明的無鉛焊料合金鋪展性能優良、熔點較低且高度環保，并且其不會產生低熔點共晶成分，有利于在焊接過程中形成可靠的焊點。
文檔編號C22C1/03GK1990161SQ200510112378
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日
發明者沈嘉麟, 顧秀峰, 吳建華, 張忠民, 韓鷹, 孫飛, 朱衛敏, 黃惠民 申請人:上海飛輪有色冶煉廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan