一種環保型高溫抗氧化焊料的製作方法
2023-06-06 20:51:26 1
專利名稱：一種環保型高溫抗氧化焊料的製作方法
技術領域：
本發明涉及焊接技術領域，具體指一種環保型高溫抗氧化焊料，並在高溫焊接條件下，具有良好抗氧化能力。
背景技術：
傳統的焊料是Sn-pb合金焊料，這種焊料物理和力學性能優越，廣泛應用於電子組件的焊接，然而傳統焊料中含有大量的鉛，鉛是一種有毒的金屬元素，人體攝入後會在人體聚集而不能排出，對人體產生嚴重有害的作用。研究指出，鉛能與人體內蛋白質強烈結合而抑制人體的正常功能，造成神經功能和代謝功能紊亂，並且能夠引起血色素減少，引起貧血，高血壓等疾病。在鉛——錫焊料的生產和使用過程中，人體會不可避免的攝入過量的鉛；含鉛廢棄物還可能汙染土壤和地下水，最終也會被人體吸收。因此，在電子工業中用無鉛焊料代替傳統的鉛——錫焊料是當今各國關注的重要課題。
目前世界主要工業化國家均逐漸認識到上述問題的危害性，並分別立法，採取時間表或路線圖的形式，分步禁止含鉛焊料及其電子產品在本國的生產、銷售和使用，在此工業背景下，人們正在花費大量的努力，研究和開發可用於替代錫鉛焊料的新一代無鉛焊料。經過國內外大量篩選工作，人們已探索出一些錫鉛焊料的替代方案，在這種情況下，各種各樣的無鉛焊料應運而生。目前的無鉛焊料主要有Sn-Cu系列，Sn-Ag-Cu系列，Sn-Zn系列等多種，儘管無鉛焊料的種類很多，但大多存在這樣或那樣的問題，首先是抗氧化性能差。在焊接過程中錫易被氧化成錫渣。這樣一來既影響了使用，又造成了錫的浪費；其次，合金組織不細緻，焊接後焊點沒有光澤，焊縫不夠光滑，堆焊層易裂縫，影響焊點外觀。最後是流動性差，焊接後容易引起拉尖和橋連，影響焊接質量。
發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術的不足，而提供一種環保型高溫抗氧化焊料，該焊料不含鉛，但焊縫光滑美觀，耐用。
為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案本發明提出的一種環保型高溫抗氧化焊料，其中各組分的重量百分比為Cu 0.1％～2％，Sb 0.01％～2％，Ni 0.01％～1％，P 0.01％～0.5％，Ga 0.01％～0.5％和Sn餘量組成。
本發明的製備方法是採用以下步驟(1)製備鎳、錫合金原料重量配比為鎳∶錫＝1∶99，將鎳置入溫度800℃～1500℃的高溫爐中熔化，再加入錫並輕輕晃動使錫和鎳混合，移出高溫爐，使溫度降至550℃～600℃之間，攪拌10～15分鐘，倒入模具中，製得含鎳1％，錫99％的合金，待用；(2)製備鎵、磷、錫合金原料重量配比為鎵∶磷∶錫＝1∶1∶98，稱取鎵和磷，備用；再稱取錫並置入可以密閉的鋼製容器中，把備好的鎵和磷加入，關閉密閉容器，放置在電爐上，加熱至400℃～600℃，恆溫晃動該密閉容器8～12小時，移下密閉容器冷卻至室溫，製得含磷1％、鎵各1％，錫98％的合金，待用；(3)將錫放入一鋼製的容器中，將鋼製容器置於電爐上，在250℃～360℃下加熱，使錫熔化成液態；(4)加入銻、銅、鉍，攪拌30～60分鐘，使其充分熔化；(5)加入步驟(1)製得的鎳錫合金，攪拌8～12分鐘；(6)加入步驟(2)製得的鎵、磷、錫合金攪拌8～12分鐘；(7)把攪拌好的焊料倒入模具中，即得到所需的焊料。
本發明第二種方案其各組分的重量百分比為Cu 0.01％～2％，Ag0.2％～3.5％，Ni 0.01％～1％，P 0.01％～0.5％，Ga 0.01％～0.5％，Ce 0.005％～0.1％和Sn餘量組成。
從上述技術方案可以看出，本發明具有以下優點本發明提供了一種環保型高溫抗氧化焊料，有利於環境保護，有效地避免操作人員鉛中毒。由於對焊料的組份作了大量試驗簿選和精心調配，並採用適當的製備方法，焊料在高溫(380℃～500℃)焊接時，極少氧化渣，具有抗氧化能力，並能保持在此溫度下錫爐表面光亮基本無氧化，焊接後錫爐能保持更長時間的無氧化狀態。焊接時比普通的Sn-Ag-Cu系更少的焊接缺陷。在小於450℃時，焊點表面特別光亮，有效地提高了焊接質量。
具體實施例方式製備實施例1
分別稱取Sb 30g，Cu 13.5g，Bi 60g，鎳錫合金300g，錫鎵、磷、錫合金150g，錫2386.5g。然後把錫放入一鋼製容器中，移該鋼製容器於電爐上，加熱至360℃，使錫熔化成液態。加入稱好的Sb、Cu、Bi攪拌30分鐘使Sb、Cu、Bi熔化。加入鎳錫合金攪拌8分鐘。加入鎵、磷、錫合金攪拌8分鐘。把以上攪拌好的焊料倒入模具中，即得成品。
製備實施例2重複實施例1，有以下不同移鋼製容器於電爐上，加熱至250℃，使錫熔化成液態。加入稱好的Sb、Cu、Bi攪拌60分鐘，使Sb、Cu、Bi熔化。加入鎳錫合僉攪拌12分鐘。加入鎵、磷、錫合金攪拌12分鐘。
製備實施例3重複實施例1，有以下不同移鋼製容器於電爐上，加熱至310℃，使錫「熔化成液態。加入稱好的Sb、Cu、Bi攪拌45分鐘，使Sb、Cu、Bi熔化。加入鎳錫合金攪拌10分鐘。加入鎵、磷、錫合金攪拌10分鐘。
性能試驗例1焊料組成的重量百分數為Sb 1％，Cu 0.45％，Ni0.1％，Ga0.05％，Sn餘量。將該焊料放入一可裝3kg合金的不鏽鋼金中，再放入的馬弗妒中，升溫從250℃開始記錄。試驗結果如表1。
表1
試驗結果說明250℃～500℃下，焊料均具有良好的抗氧化性，至500℃時，熔化的焊料表面開始氧化。
性能試驗例2焊料組成的重量百分數為Sb 1％，Cu 0.45％，Ni0.1％，Ga0.05％，P 0.05％，Sn餘量。將該焊料放入可裝3kg合金的不鏽鋼盒中，再置入溫度可達1000℃的馬弗爐中，升溫從250℃開始記錄，試驗結果如表2所示。
表2
試驗結果說明，該焊料的抗氧化性能在450℃～500℃沒有試驗例1的好，但在450℃以下抗氧化性能優於試驗例1。
性能試驗例3將本發明組成為Sb 1％，Cu 0.45％，Ni 0.1％，Ga 0.05％，P 0.05％，Sn餘量的焊料與組成為Ag 3％，cu 0.45％，Sn餘量的焊料作對比試驗。
條件焊接線路板40塊，工作溫度270℃±5℃、噴霧方式，其他工作條件相同。試驗結果如表3、表4所示。
表3
表4
試驗結果表明，比較例焊接缺陷比本發明高30％。
當然，以上所述實施例僅為本發明的較佳實施例，並不因此而限制本發明的保護範圍，故凡依本發明所作的等效變化，均應涵蓋於本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種環保型高溫抗氧化焊料，其特徵在於組成的重量百分數為Cu0.1％～2％，Sb 0.01％～2％，Ni 0.01％～1％，P 0.01％～0.5％，Ga 0.01％～0.5％和Sn餘量組成。
2.根據權利要求1所述的一種環保型高溫抗氧化焊料的製備方法，其特徵在於該方法是採用以下步驟(1)製備鎳、錫合金原料重量配比為鎳∶錫＝1∶99，將鎳置入溫度800℃～1500℃的高溫爐中熔化，再加入錫並輕輕晃動使錫和鎳混合，移出高溫爐，使溫度降至550℃～600℃之間，攪拌10～15分鐘，倒入模具中，製得含鎳1％，錫99％的合金，待用。(2)製備鎵、磷、錫合金原料重量配比為鎵∶磷∶錫＝1∶1∶98，稱取鎵和磷，備用；再稱取錫並置入可以密閉的鋼製容器中，把備好的鎵和磷加入，關閉密閉容器，放置在電爐上，加熱至400℃～600℃，恆溫晃動該密閉容器8～12小時，移下密閉容器冷卻至室溫，製得含磷1％、鎵各1％，錫98％的合金，待用。(3)將錫放入一鋼製的容器中，將鋼製容器置於電爐上，在250℃～360℃下加熱，使錫熔化成液態；(4)加入銻、銅、鉍，攪拌30～60分鐘，使其充分熔化；(5)加入步驟(1)製得的鎳錫合金，攪拌8～12分鐘；(6)加入步驟(2)製得的鎵、磷、錫合金攪拌8～12分鐘；(7)把攪拌好的焊料倒入模具中，即得到所需的焊料。
3.一種環保型高溫抗氧化焊料，其特徵在於組成的重量百分數為Cu0.01％～2％，Ag 0.2％～3.5％，Ni 0.01％～1％，P 0.01％～0.5％，Ga 0.01％～0.5％，Ce0.005％～0.1％和Sn餘量組成。
全文摘要
本發明涉及焊接技術領域，具體指一種環保型高溫抗氧化焊料，其組成的重量百分數為Cu 0.1％～2％，.Sb 0.01％～2％，Ni 0.01％～1％，P 0.01％～0.5％，Ga 0.01％～0.5％和Sn餘量。採用適當的製備方法，焊料在高溫(380℃～500℃)焊接時，極少氧化渣，具有抗氧化能力，並能保持在此溫度下錫爐表面光亮基本無氧化，焊接後錫爐能保持更長時間的無氧化狀態，極少氧化渣，具有很好的抗氧化能力，焊料表面特別光亮，有效地提高了焊接質量，能廣泛地應用於電子工業及通用工程，特別適用於微電子工業中的電子封裝無鉛化技術。
文檔編號C22C1/02GK1919522SQ20051003741
公開日2007年2月28日 申請日期2005年9月23日 優先權日2005年9月23日
發明者黃守友, 馬清雄 申請人:東莞市千島金屬錫品有限公司