低熔點錫鉍焊料合金的製作方法

2023-05-28 22:15:41 2

本發明屬於焊接材料技術領域，具體涉及一種低熔點錫鉍焊料合金。

背景技術：

Sn-Pb焊料在電子工業的應用已有相當長的時間，由於它具有較低的熔點、較高的性價比以及易獲得性，使其成為最主要的低溫焊料體系，被廣泛用於有色金屬、食品容器、建築、機械以及管道裝置的焊接等領域。然而，隨著資訊時代的到來，電子產品層出不窮，這些電子產品在造福人類的同時，其所含有的鉛也日益汙染生態環境和人類的身體健康。我國政府也及時制定了《電子信息產品生產汙染防治管理辦法》，並於2006年7月開始執行。

當前業界比較認可的無鉛焊料主要是Sn-Ag-Cu系和Sn-Bi系，尤以前者為代表。因為Sn-Ag-Cu系合金焊料容易獲得，技術問題較少，與傳統焊料的相容性好，焊點的可靠性高。但是應用Sn-Ag-Cu系合金焊料完全取代錫鉛系焊料是不現實的，除去成本因素，最主要的是Sn-Ag-Cu系焊料的熔點高於錫鉛系焊料，導致焊接溫度上升。使對於耐熱性較差的元器件容易造成熱損傷，導致平面基板彎曲變形，增強其損壞的可能性。這就意味著採用Sn-Ag-Cu無鉛焊料對焊接設備、焊接工藝、電子元件及基板材料的耐溫性能等一系列工程提出了嚴峻的挑戰。

Sn-Bi系焊料的共晶熔點非常低，僅為139℃，低於傳統Sn-37Pb焊料合金(183℃)，低熔點使其在分級封裝的外層和靠近對溫度敏感的內層具有非常大的優勢，而且表面組裝後在100℃的溫度循環試驗中也表現出優異的特性。由於SnBi共晶焊料的耐熱疲勞及延展性較差，使其焊接可靠性不足且加工線材困難，限制了其進一步的推廣及應用。因此，細化焊料組織、提高焊料延伸率成為SnBi焊料研究亟待解決的關鍵問題。

技術實現要素：

本發明提出一種低熔點錫鉍焊料合金，該焊料合金不僅具有很低的熔點，而且具有良好的潤溼性能和抗剪切性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：

鉍10～30％、鈦2.0～3.0％、納米三氧化二鐵顆粒0.3～0.8％、釩0.02～0.1％與RE 0.002～0.006％，餘量為錫。

較優選地，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：

鉍20％、鈦2.4％、納米三氧化二鐵顆粒0.6％、釩0.08％與RE 0.004％，餘量為錫。

進一步，所述納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為10～50nm。

進一步，本發明的一些實施例中，所述RE為La、Pr、Er、Dy或者Nd。稀土元素採用單一稀土元素而不採用混合物，是為了避免混合稀土元素對納米三氧化二鐵顆粒對晶體顆粒形成過程的不利影響，特別是抑制其彌散強化的作用。而單一稀土元素能夠提高焊料合金的光澤性，細化晶粒的作用。

進一步，本發明的一些實施例中還含有重量百分數為0.0002％～0.0005％的Co，可以改善界面金屬間化合物的厚度。

本發明的有益效果：

1、本發明通添加納米三氧化二鐵顆粒起到彌散強化的作用，提高了焊接接頭中焊料部分的抗剪切性能，再添加釩有效地消除了納米三氧化二鐵顆粒的磁性，同時大大提高了焊料合金的穩定性。

2、本發明將Bi的含量控制在10％～30％，從而既能夠達到降低焊料溫度的效果，又能夠保證焊料的剪切強度性能。同時通過加入少量的鈦元素，可以提高焊料的抗氧化性能。

3、焊料合金共晶溫度在145℃～152℃左右，使焊料的潤溼性變得更好。

具體實施方式

實施例1

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：

鉍20％、鈦2.4％、納米三氧化二鐵顆粒0.6％、釩0.08％與Pr 0.004％，餘量為錫。納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為50nm。

製備方法：

按照本實施例中的Bi、Ti、納米Fe2O3、V、Pr和Sn的重量百分比稱取所需的原料，加入到爐中，然後升溫到600℃熔融，完全熔化後開始計時，再保溫120min。在此期間，每隔10min用陶瓷棒攪拌一次，使合金成分充分均勻化。兩小時後，將熱坩堝從爐中取出，放在空氣中冷卻至室溫(20℃)，然後從坩堝中取出，即得本發明低熔點錫鉍焊料合金。

實施例2

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：

鉍23％、鈦2.6％、納米三氧化二鐵顆粒0.7％、釩0.06％、0.0003％Co與Dy 0.005％，餘量為錫。納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為10nm。

按照本實施例中的Bi、Ti、納米Fe2O3、V、Co、Dy和Sn的重量百分比稱取所需的原料，加入到爐中，然後升溫到600℃熔融，完全熔化後開始計時，再保溫120min。在此期間，每隔10min用陶瓷棒攪拌一次，使合金成分充分均勻化。兩小時後，將熱坩堝從爐中取出，放在空氣中冷卻至室溫(20℃)，然後從坩堝中取出，即得本發明低熔點錫鉍焊料合金。

實施例3

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：

鉍10％、鈦3.0％、納米三氧化二鐵顆粒0.8％、0.0005％的Co、0.006％的Nd與釩0.1％，餘量為錫。納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為10nm。

本實施例中的低熔點無鉛焊料的製備方法同實施例2中所述的方法一致，區別僅在於無鉛焊料合金各成分的重量百分數按照本實施例中比例稱取。

實施例4

一種低熔點錫鉍焊料合金，按照重量百分數計算，包括以下原料製成：

鉍30％、鈦2.0％、納米三氧化二鐵顆粒0.3％、0.0002％的Co、0.002％的Er與釩0.02％，餘量為錫。納米三氧化二鐵顆粒的粒徑為10nm。

本實施例中的低熔點無鉛焊料的製備方法同實施例2中所述的方法一致，區別僅在於無鉛焊料合金各成分的重量百分數按照本實施例中比例稱取。

隨機選取上述實施例中得到的低熔點錫鉍焊料合金，對其液相線溫度、固相線溫度、剪切強度和延伸率的性能進行測試，具體測試結果見以下表1。

表1實施例1-4低熔點錫鉍焊料合金性能檢測結果

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。