專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)鉛軟釬焊料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊料及其制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種無(wú)鉛軟釬焊料及其制備方法。
背景技術(shù)：
エ業(yè)上，釬焊是指采用比母材熔化溫度低的焊料，操作溫度采用低于母材固相而高于焊料液相線的ー種焊接技術(shù)。根據(jù)焊料液相線溫度的高低釬焊分為軟釬焊和硬釬焊兩種。軟釬焊是ー種低溫結(jié)合エ藝，與硬釬焊相比具有以下特點(diǎn)(I)可用烙鐵、噴燈等普通熱源進(jìn)行焊接，操作容易；(2)加熱溫度低，母材金屬的組織性能變化不大，可以使銅鋁構(gòu)件以任何方式焊接，其可能發(fā)生的膨脹、強(qiáng)度變化和變形都較??；(3)生產(chǎn)率高，一次性能焊接幾十至幾千個(gè)焊縫，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。目前電子行業(yè)中常用的軟釬焊料是錫鉛合金，由于錫鉛合金具有良好的潤(rùn)濕性和導(dǎo)電性，焊接性能很好且成本低，因此得到廣泛應(yīng)用。但鉛及其化合物對(duì)環(huán)境污染很大，會(huì) 危害人類(lèi)及生物體健康。因此，在電子エ業(yè)中很需要一種無(wú)鉛軟釬焊料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫鉛焊料。無(wú)鉛焊料不僅要有好的焊接性能，有些還要求焊料的焊點(diǎn)要啞光，以減少光對(duì)眼睛的刺激；有些要求焊料能滿(mǎn)足線路板二次焊接要求。二次焊接是指先采用熔點(diǎn)較高的合金將一些組件焊接在印刷線路板上，然后以具有較低熔點(diǎn)的焊料將另外的組件焊接在印刷線路板的相同面或另一面上，而不致使第一種組件脫落。這就要求第一次焊接的焊料熔點(diǎn)要盡量高。中國(guó)專(zhuān)利公告號(hào)為CN1242869C的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了ー種無(wú)鉛焊料，其按重量百分比為銀 Ag : I. 8%-2. 2%、銻 Sb 0. 5%-1. 0%、銅 Cu : I. 0%-3. 0%、銦 In 0. 6%-3. 0% 和余量為錫Sn組成。公告號(hào)為CN1252842A的無(wú)鉛焊料，其按重量百分比為銀Ag :1. 0%_3. 0%、銻Sb 0-4. 0%、銅Cu 0-2. 0%、鉍Bi :15%_30%和余量為錫Sn組成；公告號(hào)為CN1475327的無(wú)鉛焊料，其按重量百分比為銀Ag :0. 01%-0· 5%、銻Sb :0. 01-0. 5%、銅Cu :2. 0-5. 0%、銦 In 0. 002%-0. 2%、鎳 Ni 0. 01%-0. 5%、鎵 Ga 0. 002%_0· 1%、磷 P 0. 002%_0· 1%、錸 Re O. 01%-2. 0%和余量為錫組成。這些無(wú)鉛焊料的熔點(diǎn)都相對(duì)較低，而且其中含有的銀、銦這兩種稀有金屬，這兩種金山礦產(chǎn)資源少，價(jià)格相對(duì)高，且鉍含量高，焊接后焊點(diǎn)易剝離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需解決的問(wèn)題是提供一種制造方法簡(jiǎn)單、成本低、性能好、產(chǎn)渣少的無(wú)鉛軟釬焊料。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種無(wú)鉛軟釬焊料，以錫Sn為基底，還含有以下按重量百分比計(jì)的成分銅Cu O. 1%-2. 5%、銻Sb 4. 1%-6. 0%、鎳NiO. 005%-3. 0%、0· 01%-3. 0% 的活性炭和 / 或 O. 01%-3. 0% 的氯化鋅 ZnCl2。優(yōu)選的，所述焊料中還可選擇性加入O. 005%-2. 0%的氫氧化鈉NaOH或者O. 005%-2. 0%的氯化銨NH4Cl中的ー種或兩種。本發(fā)明所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其步驟如下(1)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銅，待銅熔化后，攪拌均勻熔煉成液態(tài)的錫銅合金，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；
(2)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銻，待銻熔化后，攪拌均勻，靜置ー段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠再取出；
(3)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入鎳，待銻熔化后，攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠再取出；
(4)將上述步驟中制得的三種合金錠、活性炭、氯化鋅、氫氧化鈉和/或氯化銨及余量的錫，按重量百分比計(jì)算銅Cu O. 1%-2· 5%、銻Sb 4. 1%-6· 0%、鎳Ni O. 005%_3· 0%、活性炭O. 01%-3. 0%和/或氯化鋅ZnCl2 O. 01%-3. 0%的比例加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，制成焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于所述的軟釬焊料合金中不含鉛這種對(duì) 人體有害的物質(zhì)，滿(mǎn)足電子產(chǎn)品的無(wú)鉛化焊接要求；合金中采用熔點(diǎn)和價(jià)格相對(duì)低的金屬改善焊料合金的高溫性能、抗氧化性能，并使焊料適合于線路板的二次焊接，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；活性炭、氯化鋅、氫氧化鈉、氯化銨的加入，可以除去金屬內(nèi)部微量的氧氣O2、ニ氧化硫SO2、ニ氧化碳CO2等氣體，從而保護(hù)金屬表面，減少產(chǎn)品的氧化，降低產(chǎn)渣率；另外，所述焊料合金的制造方法簡(jiǎn)單，易于在エ業(yè)上實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所公開(kāi)的無(wú)鉛軟釬焊料，以錫Sn為基底，另包含有以下按重量百分比計(jì)的成分銅 Cu O. 1%-2. 5%、銻 Sb 4. 1%-6. 0%、鎳 Ni O. 005%-3. 0%、活性炭 O. 01%-3. 0% 和/或氯化鋅 ZnCl2O. 01%-3. 0%。優(yōu)選的，在所述焊料中后還可選擇性加入按重量百分比計(jì)為O. 005%-2. 0%的氫氧化鈉NaOH或者O. 005%-2. 0%的氯化銨NH4Cl中的ー種或兩種。在以錫Sn為主要原料的無(wú)鉛焊料合金中加入銅Cu，可以增加焊料的機(jī)械強(qiáng)度。但Cu的含量不能太高，因?yàn)镃u熔點(diǎn)較高，如果Cu含量高會(huì)顯著增加焊料的熔化溫度，減少焊料的潤(rùn)濕性。因此本發(fā)明以增加焊料的機(jī)械強(qiáng)度而基本不影響焊料潤(rùn)濕性為前提，將Cu重量百分比含量定為O. 1%-2. 5%。本發(fā)明中銻Sb可以改善焊料的高溫性能，同時(shí)銻的添加也使焊接后的焊點(diǎn)呈現(xiàn)啞光?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常添加金屬銀以達(dá)到使焊點(diǎn)啞光的作用，但銀價(jià)格較高。銻和銀相比，具有熔點(diǎn)低、價(jià)格便宜，便于加工制造的優(yōu)點(diǎn)。Ni的添加，有利于細(xì)化焊料合金，減少焊接時(shí)焊點(diǎn)橋連現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明中，加入活性炭和/或氯化鋅，可以除去金屬內(nèi)部微量的氧氣O2、ニ氧化硫SO2、ニ氧化碳CO2等氣體，從而保護(hù)金屬表面，減少產(chǎn)品的氧化，降低產(chǎn)渣率。但是焊料合金中活性炭和氯化鋅成分過(guò)多時(shí)對(duì)合金的導(dǎo)電性能有影響，還可能引起焊接不良，妨礙焊接質(zhì)量。因此這兩種物質(zhì)的添加量定于O. OP/0-3. 0%的活性炭和O. 01%-3. 0% 的氯化鋅 ZnCl2。本發(fā)明所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其具體步驟如下
(I)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，一般升溫至1000-1200°C時(shí)加入銅，加入的銅，銅量一般占錫銅合金總重量的5%-15%，以便于熔煉；待銅熔化后，用攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)的錫銅合金，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；
(2)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，一般升溫至600-100(TC時(shí)加入銻，加入的銻量一般占錫銻合金總重量的40%-60%，待銻熔化后，用攪拌棒攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠再取出；
(3)將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，一般升溫至1500-1800°C時(shí)加入鎳，加入的鎳量一般占錫鎳合金總重量的2%-5%，待銻熔化后，用攪拌棒攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠再取出；
(4)將上述步驟中制得的三種合金錠、活性炭、氯化鋅、氫氧化鈉(可選擇)、氯化銨(可選擇)及余量的錫，按銅Cu 0. 1%-2. 5%、銻Sb 4. 1%-6. 0%、鎳Ni 0. 005%_3. 0%和活性炭0. 01%-3. 0%、氯化鋅 ZnCl2 0. 01%-3. 0%、氫氧化鈉 NaOH 0. 005%-2. 0%(可選擇)、氯化銨 NH4Cl
0.005%-2. 0% (可選擇)、余量為錫Sn的配方比加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，制成焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。 上述前三個(gè)步驟中，合金熔煉成液態(tài)后,一般靜置30-40分鐘后燒鑄。須聲明的是，該方法中所用的原料均為工業(yè)精制原料。所述焊料合金錠熔煉過(guò)程中均采用導(dǎo)熱性好且耐高溫的石墨坩堝，同時(shí)石墨坩堝化學(xué)性能穩(wěn)定，可以保證被熔煉物質(zhì)的純度。本發(fā)明所述的無(wú)鉛軟釬焊料可制成各種形態(tài)，包括但不限于上述所列舉的焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。實(shí)施例I :
將90kg精錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫至1100°C，加入IOkg精銅，用木制攪拌棒攪拌均勻熔煉成液態(tài)錫銅合金，靜置30分鐘后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出；再向石墨坩堝內(nèi)投入50kg精錫進(jìn)行熔化，熔后升溫至600°C -1000°C，加入50kg純銻，待銻熔化并攪拌均勻，靜置30分鐘后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠取出；
再向石墨坩堝內(nèi)投入57kg精錫進(jìn)行熔化，熔后升溫至1600°C左右，投入3kg純鎳，待鎳熔化并攪拌均勻，靜置30分鐘后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠取出；
將上述配制成的三種合金錠、活性炭及錫按重量百分比計(jì)，銻4. 1%、銅0. 6%、鎳
0.05%、活性炭0. 15%和余量為錫，加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，配制成無(wú)鉛焊料合金。實(shí)施例2
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、活性炭及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4. 8%、銅0. 1%、鎳3. 0%、活性炭0. 5%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例3
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、活性炭及錫按重量百分比計(jì)配制成銻6. 0%、銅2. 5%、鎳1. 5%、活性炭0. 3%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例4
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、活性炭、氯化鋅及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4. 5%、銅0. 8%、鎳0. 5%、活性炭0. 2%、氯化鋅1. 5%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例5
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、活性炭、氯化鋅及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4. 1%、銅0. 1%、鎳3. 0%、活性炭0. 5%、氯化鋅0. 08%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。
實(shí)施例6
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、活性炭、氯化鋅及錫按重量百分比計(jì)配制成銻6. 0%、銅2. 5%、鎳0. 05%、活性炭0. 05%、氯化鋅1. 6%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例7
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、氯化鋅及錫按重量百分比計(jì)配制成銻5. 5%、銅1. 0%、鎳0. 005%、氯化鋅0. 05%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例8
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、氯化鋅及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4. 1%、銅2. 5%、鎳1. 5%、氯化鋅1. 5%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例9
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠、氯化鋅及錫按重量百分比計(jì)配制成銻6. 0%、銅0. 1%、鎳3. 0%、氯化鋅0. 8%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例10
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠及錫按重量百分比計(jì)配制成銻6. 0%、銅0. 1%、鎮(zhèn)1. 0%、和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例11
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4. 5%、銅1. 0%、鎮(zhèn)0. 01%和余量為錫的無(wú)鉛焊料。實(shí)施例12
取實(shí)施例I所配制的三種合金錠及錫按重量百分比計(jì)配制成銻4. 1%、銅2. 5%、鎮(zhèn)1. 5%、和余量為錫的無(wú)鉛焊料。從上述12個(gè)實(shí)施例所得的無(wú)鉛焊料合金中取6種進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鉛軟釬焊料，以錫Sn為基底，按重量百分比計(jì)，還含有銅Cu O. 1%-2.5%、銻Sb4. 1%-6. 0%、鎳Ni O. 005%-3. 0% ;其特征在于還含有按重量百分比計(jì)為O. 01%-3. 0%的活性炭和/或O. 01%-3. 0%的氯化鋅ZnCl2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無(wú)鉛軟釬焊料，其特征在于還包括O.005%-2. 0%的氫氧化鈉 NaOH 和/或 O. 005%-2. 0% 的氯化銨 NH4Cl。
3.一種無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，步驟為 將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銅，待銅熔化后，攪拌均勻熔煉成液態(tài)的錫銅合金，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銅合金錠取出； 將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入銻，待銻熔化后，攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫銻合金錠再取出； 將錫加入石墨坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔后升溫，加入鎳，待鎳熔化后，攪拌均勻，靜置一段時(shí)間后倒入鑄模澆鑄成錫鎳合金錠再取出； 將上述步驟中制得的三種合金錠、活性炭和/或氯化鋅、氫氧化鈉和/或氯化銨及余量的錫，按按重量百分比計(jì)算銅Cu O. 1%-2. 5%、銻Sb 4. 1%-6. 0%、鎳Ni O. 005%-3. 0%、活性炭和/或氯化鋅O. 01%-3. 0%的比例加入不銹鋼鍋內(nèi)進(jìn)行熔煉，制成焊錫絲、焊錫條、錫粉、錫膏。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其特征在于所述步驟(I)中錫熔后升溫至1000-1200°C時(shí)加入銅，加入的銅量占錫銅合金總重量的5%-15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中錫熔后升溫至600-1000°C時(shí)加入銻，加入的銻量占錫銻合金總重量的40%-60%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其特征在于所述步驟(3)中錫熔后升溫至1500-1800°C時(shí)加入鎳，加入的鎳量占錫鎳合金總重量的3%-5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其特征在干所述步驟(I)(2)(3)中合金熔煉成液態(tài)后均靜置30-40分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)鉛軟釬焊料的制造方法，其特征在于步驟(4)中還加入O. 005%-2. 0%的氫氧化鈉NaOH和/或O. 005%-2. 0%的氯化銨NH4Cl。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)鉛軟釬焊料及其制備方法。所述的無(wú)鉛軟釬焊料以錫Sn為基底，按重量百分比計(jì)，還含有銅Cu0.1%-2.5%、銻Sb4.1%-6.0%、鎳Ni0.005%-3.0%、0.01%-3.0%的活性炭和/或0.01%-3.0%的氯化鋅ZnCl2，并可選擇性加入一定量的氫氧化鈉NaOH和氯化銨NH4Cl。其中活性炭、氯化鋅的加入，可以除去金屬內(nèi)部微量的O2、SO2、CO2等氣體，從而保護(hù)金屬表面，減少產(chǎn)品的氧化，降低產(chǎn)渣率。本發(fā)明所述焊料在保證焊料合金良好的焊接性能的基礎(chǔ)上，大大降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；而且所述焊料合金的制造方法簡(jiǎn)單，工業(yè)上易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)B23K35/363GK102717200SQ20121021198
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者曹正, 蘇傳港, 蘇傳猛, 蘇燕旋, 郭黎 申請(qǐng)人:高新錫業(yè)(惠州)有限公司