專利名稱：一種波峰焊用稀土無鉛焊料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
Sn-Pb合金以其優(yōu)異的潤濕性、焊接性、導(dǎo)電性、力學(xué)性能、成本較低等特點(diǎn)，成為目前電子工業(yè)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污染環(huán)境的有毒有害物質(zhì)。目前，日本、歐盟及美國都相繼制訂了自己的焊料無鉛化進(jìn)程，WEEE(Waste Electricaland Electronic Equipment)和RoHS(Resbiction ofHazrdous Subsfances)指令強(qiáng)制要求自2006年7月1日起，在歐洲商場上銷售的電子產(chǎn)品頗為無鉛的電子產(chǎn)品?，F(xiàn)有波峰焊用無鉛焊料合金中，Sn0.7Cu共晶合金以其價(jià)格便宜、原材料供應(yīng)充足、焊料合金元素易回收、良好的機(jī)械性能、可加工性以及較傳統(tǒng)SnPb焊料焊點(diǎn)高的可靠性等優(yōu)點(diǎn)而成為波峰焊用無鉛焊料的首先合金之一。然而，對(duì)于Sn-Cu系焊料合金來說，焊料合金在熔煉過程中易產(chǎn)生組織偏析現(xiàn)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(huì)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(diǎn)的橋聯(lián)和印刷電路基片中的Cu易發(fā)生向熔融焊料中的溶解。前者易造成焊點(diǎn)的短路現(xiàn)象，后者不僅導(dǎo)致熔融焊料成分的改變，并且還易形成Cu6Sn5金屬間化合物相(該相密度低于Sn0.7Cu合金)導(dǎo)致熔融焊料合金易發(fā)生分層現(xiàn)象而縮短了焊料的使用壽命?？傊F(xiàn)有技術(shù)中的任一種無鉛焊料的至少在一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)存在不足，需進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(diǎn)橋聯(lián)以及潤濕性不足等問題。
本發(fā)明的技術(shù)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余量。
作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在上述無鉛焊料合金中，進(jìn)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(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，銅含量的優(yōu)選范圍為0.5～1.0％。
作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，P含量優(yōu)選范圍為0.005～0.5％。
作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，Ni的優(yōu)選添加量為0.01～0.5％。
作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，稀土元素的優(yōu)選含量為0.05～0.25％。
作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(fā)明的有益效果在于本發(fā)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(yōu)良的釬焊性能。由于Sn-Cu系無鉛焊料合金的錫含量高達(dá)99％，因此，使用過程中會(huì)增加焊料鍋熔融焊料表面金屬氧化物的產(chǎn)生量，添加0.001～1.0％元素P可有效地阻止焊料合金進(jìn)一步的氧化。使用過程中，焊料鍋內(nèi)熔融焊料合金通過氧化反應(yīng)(，)會(huì)在熔融焊料表面形成一層極薄的氧化膜，其可進(jìn)一步阻礙焊料合金直接與周圍空氣的相互接觸發(fā)生氧化反應(yīng)。若元素P的加入量少于0.001％則抑制氧化效果不明顯，但當(dāng)元素P含量超過1％，則氧化現(xiàn)象嚴(yán)重將會(huì)劣化焊料合金的軟釬焊性。本發(fā)明中在添加元素P的基礎(chǔ)上進(jìn)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；另一方面由于Ni可固溶于Cu6Sn5化合物相中，從而改變了該金屬間化合物的形態(tài)，由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?。而球狀化合物?duì)熔融焊料流動(dòng)性的影響要小得多，從而減少橋聯(lián)形成的可能性。當(dāng)Ni含量小于0.001％時(shí)，其作用不明顯，若添加Ni含量超過1.0％時(shí)，會(huì)使焊料性能變差，熔點(diǎn)升高。本發(fā)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。由于稀土元素可以促進(jìn)焊料合金在凝固過程中的形核，具有變質(zhì)和均勻化作用，從而改善焊料合金的力學(xué)性能，顯著提高焊料合金的抗蠕變疲勞性能。若稀土元素含量小于0.01％，其作用就不明顯，若添加1％以上稀土元素會(huì)使焊料合金的性能變差，熔點(diǎn)升高。本發(fā)明中添加稀土元素還能改善焊料合金的潤濕鋪展性能。由于稀土元素為表面活性元素，添加適當(dāng)?shù)南⊥猎睾靠梢越档腿廴诤噶虾辖鸬谋砻鎻埩?，改善焊料合金的潤濕性能。本發(fā)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(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)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，余量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例2本實(shí)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，余量Sn，加工成波峰焊用焊錫棒，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例3本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成焊錫絲，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例4本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成焊錫球，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例5本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成焊膏等形式，用于SMT表面貼裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例6本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成焊膏等形式，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例7本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例8本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
實(shí)施例9本實(shí)施方式的無鉛軟釬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，余量Sn，加工成波峰焊用焊錫條，用于PCB組裝，表面無氧化，具有良好的軟釬焊性，焊料使用壽命長，焊點(diǎn)無橋聯(lián)，潤濕鋪展性能好。
本發(fā)明包含但不限于上述實(shí)施例，只要無鉛軟釬焊料合金的Cu含量為0.1～2.5、P含量為0.001～1.0重量百分比，即屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于它包含以下重量百分比的成份Cu0.1～2.5％、P0.001～1％，余量為Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于銅含量為0.5～1.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于P含量為0.005～0.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于上述無鉛焊料合金中，進(jìn)一步添加重量0.001～1.5％的Ni。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于Ni的添加量為0.01～0.5％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于上述無鉛焊料合金中，進(jìn)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(jù)權(quán)利要求4所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于上述無鉛焊料合金中，進(jìn)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(jù)權(quán)利要求6所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于稀土元素的含量為0.05～0.25％。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于稀土元素的含量為0.05～0.25％。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的波峰焊用無鉛焊料合金，其特征在于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(huán)保型軟釬焊用的無鉛焊料，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余量。上述無鉛焊料合金中，進(jìn)一步添加重量0.01～1.5％的Ni。上述無鉛焊料合金中，進(jìn)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(xiàn)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(diǎn)橋聯(lián)以及潤濕性不足等問題。本發(fā)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(hào)B23K35/02GK1974109SQ20061013688
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者劉梓旗, 劉梓葵 申請(qǐng)人:株洲斯特高新材料有限公司