一種波峰焊用稀土無鉛焊料合金的製作方法
2024-04-01 20:21:05
專利名稱：一種波峰焊用稀土無鉛焊料合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無鉛焊料合金，特別是一種波峰焊用無鉛焊料合金。
背景技術：
Sn-Pb合金以其優異的潤溼性、焊接性、導電性、力學性能、成本較低等特點，成為目前電子工業中電子封裝與組裝的典型的焊料合金。但是Pb及含Pb化合物是危害人類健康和汙染環境的有毒有害物質。目前，日本、歐盟及美國都相繼制訂了自己的焊料無鉛化進程，WEEE(Waste Electricaland Electronic Equipment)和RoHS(Resbiction ofHazrdous Subsfances)指令強制要求自2006年7月1日起，在歐洲商場上銷售的電子產品頗為無鉛的電子產品。現有波峰焊用無鉛焊料合金中，Sn0.7Cu共晶合金以其價格便宜、原材料供應充足、焊料合金元素易回收、良好的機械性能、可加工性以及較傳統SnPb焊料焊點高的可靠性等優點而成為波峰焊用無鉛焊料的首先合金之一。然而，對於Sn-Cu系焊料合金來說，焊料合金在熔煉過程中易產生組織偏析現象，其鋪展性尚顯不足。高Sn含量的Sn-Cu系無鉛焊料合金在使用過程中氧化傾向也會增大。此外，在波峰焊接過程中，Sn0.7Cu無鉛焊料合金還存在著一些較突出的問題，如焊點的橋聯和印刷電路基片中的Cu易發生向熔融焊料中的溶解。前者易造成焊點的短路現象，後者不僅導致熔融焊料成分的改變，並且還易形成Cu6Sn5金屬間化合物相(該相密度低於Sn0.7Cu合金)導致熔融焊料合金易發生分層現象而縮短了焊料的使用壽命。總之現有技術中的任一種無鉛焊料的至少在一個領域內存在不足，需進一步改進。
發明內容
本發明的目的在於提供一種波峰焊用稀土無鉛焊料合金，它可解決Sn-Cu系無鉛焊料合金在使用過程中焊料鍋表面易氧化和焊點橋聯以及潤溼性不足等問題。
本發明的技術方案為一種波峰焊用稀土無鉛焊料合金，包含以下重量百分比的成份Cu0.1～2.5％、P0.001～1.0％、Sn餘量。
作為對本發明的進一步改進，在上述無鉛焊料合金中，進一步添加重量0.001～1.0％的Ni和重量0.001～1.0％的稀土Ce或Er或Y或它們的組合。
作為對本發明的進一步改進，銅含量的優選範圍為0.5～1.0％。
作為對本發明的進一步改進，P含量優選範圍為0.005～0.5％。
作為對本發明的進一步改進，Ni的優選添加量為0.01～0.5％。
作為對本發明的進一步改進，稀土元素的優選含量為0.05～0.25％。
作為對本發明的進一步改進，上述無鉛焊料合金可以加工形成焊錫條、焊錫棒、焊錫絲、焊錫球及焊膏等形式。
本發明的有益效果在於本發明所涉及的稀土無鉛焊料合金具有比Sn0.7Cu無鉛焊料合金更優良的釺焊性能。由於Sn-Cu系無鉛焊料合金的錫含量高達99％，因此，使用過程中會增加焊料鍋熔融焊料表面金屬氧化物的產生量，添加0.001～1.0％元素P可有效地阻止焊料合金進一步的氧化。使用過程中，焊料鍋內熔融焊料合金通過氧化反應(，)會在熔融焊料表面形成一層極薄的氧化膜，其可進一步阻礙焊料合金直接與周圍空氣的相互接觸發生氧化反應。若元素P的加入量少於0.001％則抑制氧化效果不明顯，但當元素P含量超過1％，則氧化現象嚴重將會劣化焊料合金的軟釺焊性。本發明中在添加元素P的基礎上進一步添加元素Ni，則一方面可抑制印刷電路Cu基片和元器件引腳中的Cu向熔融焊料合金的溶解，減少了熔融焊料中Cu6Sn5的生成量，延長了焊料的使用壽命；另一方面由於Ni可固溶於Cu6Sn5化合物相中，從而改變了該金屬間化合物的形態，由針狀轉變為球狀。而球狀化合物對熔融焊料流動性的影響要小得多，從而減少橋聯形成的可能性。當Ni含量小於0.001％時，其作用不明顯，若添加Ni含量超過1.0％時，會使焊料性能變差，熔點升高。本發明中還添加了微量的稀土元素Ce或Er或Y或它們的組合以改善焊料合金的組織。由於稀土元素可以促進焊料合金在凝固過程中的形核，具有變質和均勻化作用，從而改善焊料合金的力學性能，顯著提高焊料合金的抗蠕變疲勞性能。若稀土元素含量小於0.01％，其作用就不明顯，若添加1％以上稀土元素會使焊料合金的性能變差，熔點升高。本發明中添加稀土元素還能改善焊料合金的潤溼鋪展性能。由於稀土元素為表面活性元素，添加適當的稀土元素含量可以降低熔融焊料合金的表面張力，改善焊料合金的潤溼性能。本發明的無鉛焊料合金可以加工形成焊錫條、焊錫棒、焊錫絲、焊錫球及焊膏等形式，可滿足PCB組裝、SMT表面貼裝等所需要的無鉛焊料合金。
具體實施例方式
實施例1本實施方式的無鉛焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.7、P0.001、Ni0.1、Ce0.05，餘量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例2本實施方式的無鉛焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.5、P0.005、Ni1.0、Er0.1，餘量Sn，加工成波峰焊用焊錫棒，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例3本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.7、P0.01、Ni0.5、Ce0.001，餘量Sn，加工成焊錫絲，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例4本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu1.0、P0.1、Ni0.001、Ce、Y0.25，餘量Sn，加工成焊錫球，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例5本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.1、P0.5、Ni0.1、Ce、Y0.1，餘量Sn，加工成焊膏等形式，用於SMT表面貼裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例6本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.7、P1.0、Ni0.01、Ce、Y0.1，餘量Sn，加工成焊膏等形式，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例7本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.7、P0.1、Ni0.1、Ce、Y0.1，餘量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例8本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.7、P0.1、Ni0.1、Ce、Y0.1，餘量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
實施例9本實施方式的無鉛軟釺焊料合金由以下重量百分比的成份組成Cu0.7、P0.1、Ni0.1、Ce、Y1.0，餘量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用於PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釺焊性，焊料使用壽命長，焊點無橋聯，潤溼鋪展性能好。
本發明包含但不限於上述實施例，只要無鉛軟釺焊料合金的Cu含量為0.1～2.5、P含量為0.001～1.0重量百分比，即屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於它包含以下重量百分比的成份Cu0.1～2.5％、P0.001～1％，餘量為Sn。
2.根據權利要求1所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於銅含量為0.5～1.0％。
3.根據權利要求1或2所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於P含量為0.005～0.5％。
4.根據權利要求3所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於上述無鉛焊料合金中，進一步添加重量0.001～1.5％的Ni。
5.根據權利要求4所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於Ni的添加量為0.01～0.5％。
6.根據權利要求5所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於上述無鉛焊料合金中，進一步添加重量0.001～1.0％的稀土Ce或Er或Y或它們的組合。
7.根據權利要求4所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於上述無鉛焊料合金中，進一步添加重量0.001～1.0％的稀土Ce或Er或Y或它們的組合。
8.根據權利要求6所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於稀土元素的含量為0.05～0.25％。
9.根據權利要求7所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於稀土元素的含量為0.05～0.25％。
10.根據權利要求8或9所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特徵在於上述無鉛焊料合金加工成焊錫條、焊錫棒、焊錫絲、焊錫球及焊膏任一種形式。
全文摘要
波峰焊用稀土無鉛焊料合金涉及一種環保型軟釺焊用的無鉛焊料，特別是一種波峰焊用無鉛焊料。它包含以下重量百分比的成分Cu0.1～2.5、P0.001～1.0、Sn餘量。上述無鉛焊料合金中，進一步添加重量0.01～1.5％的Ni。上述無鉛焊料合金中，進一步添加重量0.001～1％的稀土Ce或Er或Y或它們的組合。其可解決現有的Sn－Cu系無鉛焊料在使用過程中焊料鍋表面金屬氧化物過量和焊點橋聯以及潤溼性不足等問題。本發明的無鉛焊料合金可以加工形成焊錫條、焊錫棒、焊錫絲、焊錫球及焊膏等形式，可滿足PCB組裝、SMT表面貼裝等所需要的無鉛焊料合金。
文檔編號B23K35/02GK1974109SQ20061013688
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者劉梓旗, 劉梓葵 申請人:株洲斯特高新材料有限公司