專(zhuān)利名稱(chēng)：含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，屬于金屬材料類(lèi)及冶金領(lǐng)域 的釬焊材料。主要用于表面組裝及封裝領(lǐng)域，以滿(mǎn)足綠色制造的需要。
背景技術(shù)：
2006年 7 月 1 日，歐盟RoHS (The Restriction of the Use of certain Hazardous Substance in Electrical and Electronic Equipment)指令正式生效以來(lái)，錫鉛釬料的 替代問(wèn)題成為電子行業(yè)技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)課題。雖然Sn-Cu-Ni系釬料價(jià)格便宜，成本 僅為錫鉛共晶釬料的1.3倍，但是潤(rùn)濕性能和錫鉛釬料相比仍有一定的差距。Sn-Cu-Ni 釬料成本較Sn-Ag-Cu釬料合金有較大優(yōu)勢(shì)，易生產(chǎn)和回收，且對(duì)電子產(chǎn)品有比較好的兼 容性而受到電子行業(yè)廣大用戶(hù)的青睞，具有良好的應(yīng)用前景[中國(guó)專(zhuān)利ZL99800339. 5]， 但是Sn-Cu-Ni釬料仍然還存在許多不足，限制了其在再流焊等焊接工藝中的應(yīng)用。目前 研究者主要通過(guò)加入一些微量元素，通過(guò)微合金化來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化Sn-Cu-Ni系釬料的性 能，也出現(xiàn)了一些相關(guān)研究的公開(kāi)專(zhuān)利成果，國(guó)內(nèi)外已研究成果主要是通過(guò)加入Sb、P、稀 土元素Ce等元素來(lái)優(yōu)化Sn-Cu-Ni系合金釬料的性能。日本Nihon Superior株式會(huì)社 研究開(kāi)發(fā)了 Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，商品名稱(chēng)為SmOOC，并在包括日本、美國(guó)與中國(guó)在內(nèi)的 24個(gè)國(guó)家與地區(qū)獲得了此項(xiàng)專(zhuān)利；通過(guò)加入稀土元素來(lái)優(yōu)化Sn-Cu-Ni釬料性能的專(zhuān)利 主要集中在中國(guó)，代表性的公開(kāi)專(zhuān)利成果主要Sn-(0. 8-3. Owt. % )Cu-(0.01-1.6wt. % ) Ni-(0· 005-0. 2wt. % )Pb-(0. 001-0. lwt. % )Ce[專(zhuān)利 ZL 200510022563. 1]等。由于還有 許多技術(shù)問(wèn)題例如潤(rùn)濕鋪展性、力學(xué)性能、抗氧化能力和釬縫微觀組織的均勻性等等亟需 新的研究成果來(lái)完善、補(bǔ)充，本項(xiàng)發(fā)明“含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”即是在這種技 術(shù)背景下完成的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有助于彌補(bǔ)Sn-Cu-Ni釬料的缺點(diǎn)和不足而藉以體現(xiàn) 潤(rùn)濕鋪展性好、力學(xué)性能優(yōu)異和成本相對(duì)低廉并且能滿(mǎn)足產(chǎn)品的綠色制造需要的含V、Nd 和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本項(xiàng)發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種含V、Nd和Ge的 Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為0. 07 1. 8%的Cu，0. 01 2. 0%的 Ni，0. 001 0. 的 V,0. 001 0. 4%的 Nd，0. 001 0. 的 Ge，余量為 Sn。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的技術(shù)效果在于在Sn-Cu-Ni系無(wú)鉛釬料中多元復(fù)合添 加微量元素V、稀土 Nd以及Ge元素并通過(guò)其共同作用來(lái)提高Sn-Cu-Ni系無(wú)鉛釬料潤(rùn)濕性 能、服役過(guò)程中內(nèi)部組織的熱穩(wěn)定性、焊點(diǎn)力學(xué)性能以及抗疲勞性；由于金屬Nd元素極易 氧化，高溫時(shí)易燒損，因此以中間合金Sn-Nd的形式加入以保證微量元素Nd在釬料中成分 的準(zhǔn)確性；得到的釬料合金具有優(yōu)越的加工性能、抗氧化的能力較強(qiáng)、釬縫微觀組織均勻、 潤(rùn)濕性能良好、釬縫力學(xué)性能優(yōu)良和接頭抗疲勞性能大幅提高，彌補(bǔ)了 Sn-Cu-Ni釬料的一些缺點(diǎn)和不足，綜合性能接近于Sn-Pb釬料；能滿(mǎn)足RoHS指令對(duì)無(wú)鉛化的要求和綠色制造 的需要；由于具有優(yōu)越的加工性能，因此可加工成諸如條狀、棒狀、絲狀和焊球等各種形狀 而藉以適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。


圖Ia為不同Nd含量的四邊扁平封裝器件(Quad Flat Package,簡(jiǎn)稱(chēng)QFP)焊點(diǎn)拉 伸力的示意圖。圖Ib為不同Nd含量的片式電阻焊點(diǎn)抗剪力的示意圖。圖2為不同成分釬料合金的鋪展面積示意圖。圖3為不同成分釬料合金的相同試驗(yàn)條件下疲勞壽命頻率示意圖。圖4為未加V、Ge及稀土 Nd的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金的金相顯微組織照片。圖5為添加V、Ge及稀土 Nd 0. 05wt. %的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金的金相顯微組 織照片。圖6為添加V、Ge及稀土 NdO. 4wt. %的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金的金相顯微組織 照片。圖7a為未加V、Ge及稀土 Nd的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛焊點(diǎn)界面顯微組織照片。圖7b為添加V、Ge及稀土 NdO. 4wt. %的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛焊點(diǎn)界面顯微組織照片。
具體實(shí)施例方式采用常規(guī)方法制備釬料，即使用市售的錫錠、電解銅、金屬鎳、金屬釩、金屬鍺、金 屬釹，各種金屬原料按需要配比，冶煉時(shí)加入經(jīng)優(yōu)化篩選確定的“覆蓋劑”或采用“惰性氣 體”保護(hù)進(jìn)行冶煉、澆鑄，可得到棒材。通過(guò)擠壓、拉拔，即得到絲材(也可加入助焊劑，制 成“藥芯焊絲”)。鉛(即Pb)元素作為錫錠、電解銅等原材料中的“雜質(zhì)元素”，總量控制在 0. 001 0. 范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20422-2006《無(wú)鉛釬料》 的規(guī)定(標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定Pb ^ 0. Iwt. % )。本發(fā)明主要解決了以下兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題1)采用稀土元素金屬釹，冶煉時(shí)加入經(jīng)優(yōu)化篩選確定的“覆蓋劑”或采用“惰性氣 體”進(jìn)行保護(hù)或采用添加預(yù)先冶煉成的金屬錫與稀土元素金屬釹形成的Sn-Nd中間合金的 方法進(jìn)行冶煉，顯著降低了稀土元素金屬釹在熔煉以及加工過(guò)程中的燒損，達(dá)到了合金元 素添加的“零燒損”。2)首次將金屬釩(V)用于無(wú)鉛釬料的改性。將金屬釩(V)和稀土元素Nd兩種元素復(fù)合添加，通過(guò)優(yōu)化V、Nd以及Sn、Cu、Ni的 化學(xué)成分，利用V、Nd兩種微量元素在Sn-Cu-Ni中的“協(xié)同效應(yīng)”，明顯地提高了釬料的潤(rùn) 濕、鋪展性能，極大地改善了釬料的組織，提高了其焊點(diǎn)(或釬縫)的力學(xué)性能(ob、τ)尤 其是抗疲勞的性能，極大地優(yōu)化、提高了 Sn-Cu-Ni釬料的綜合性能。表1 典型的含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金成分(wt. % ) 3)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明所選定的Sn-Cu-Ni系無(wú)鉛釬料的成分范圍內(nèi)，加入稀土元 素Nd，由于“表面活性”作用，能夠顯著提高Sn-Cu-Ni釬料合金的釬焊性能，同時(shí)能夠脫氧 和脫硫，阻止熔融釬料表面氧化，同時(shí)抑制了液態(tài)熔融釬料中Cu6Sn5等金屬間化合物的形 成與長(zhǎng)大，提高了液態(tài)釬料的流動(dòng)性，使其鋪展和潤(rùn)濕性能更佳。而且試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)元 素V和Nd復(fù)合添加，具有比單獨(dú)添加Nd以及現(xiàn)有文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道的其它稀土(如La、Ce、 Er、Y、Lu等)更好的優(yōu)化組織作用(參見(jiàn)附圖4、5、6)，而不僅是以往傳統(tǒng)的細(xì)化組織的作 用；加入稀土元素Nd后與V產(chǎn)生協(xié)同作用，改善釬焊界面組織，提高結(jié)合強(qiáng)度以及抗疲勞性 能，保證了釬焊接頭在高溫條件下的可靠性。試驗(yàn)表明，稀土元素Nd的加入量(質(zhì)量百分 數(shù))小于0. 001%時(shí)，對(duì)Sn-Cu-Ni釬料性能改變影響甚微。但是加入量超過(guò)0. 4%后，由于 氧化嚴(yán)重并且生成大塊的Sn-Nd、Sn-V-Nd化合物，明顯減弱Sn-Cu-Ni系無(wú)鉛釬料的潤(rùn)濕 性、釬縫力學(xué)性能以及的優(yōu)化效果，因此，確定了 Nd元素含量的上限和下限，含量應(yīng)控制在 (0. OOlwt. % 0. 4wt. % )范圍內(nèi)。V和Nd的復(fù)合添加能夠明顯細(xì)化釬料合金凝固過(guò)程中產(chǎn)生的粗大枝晶，使細(xì)密共 晶組織的比例明顯增加，使得釬焊接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出(參見(jiàn) 附圖4、5、6) :V和Nd的加入明顯改變了釬料顯微組織的形貌，Nd元素加入量的不同，對(duì)共 晶組織產(chǎn)生了顯著的影響。與組元生成穩(wěn)定、細(xì)小、致密的化合物，在晶內(nèi)和晶界同時(shí)析出， 抑制了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，晶內(nèi)和晶界的第二相彌散度很高，顯著提高晶粒粗化溫度，釬料的釬縫抗 拉強(qiáng)度和抗疲勞性能也明顯改善，提高了釬焊接頭的可靠性。4)本發(fā)明中試驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)微量V和Nd元素的加入，尤其是當(dāng)V和Nd的含量相 近時(shí)，可以顯著優(yōu)化Sn-Cu-Ni釬料的第二相(金屬間化合物Cu6Sn5, (Cu, Ni)6Sn5)組織結(jié) 構(gòu)，降低元素的擴(kuò)散速率，抑制釬焊接頭中金屬間化合物層的過(guò)度長(zhǎng)大，使焊接接頭具有優(yōu) 異的力學(xué)性能，提高了釬焊接頭的抗疲勞性能。5)首次將金屬Ge元素用于無(wú)鉛釬料，不僅能提高釬料生產(chǎn)和使用過(guò)程中的抗氧 化性能，還可改善無(wú)鉛釬料的潤(rùn)濕性能。Ge的加入量在0. OOlwt. % 0. Iwt. %范圍內(nèi)，Ge 存在于晶界，阻止了晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)也防止了釬料熔體結(jié)構(gòu)中氧化物的生成與長(zhǎng)大，對(duì)提 高釬料的抗氧化性，改善潤(rùn)濕性能起到了極大的作用。與以往研究相比，本發(fā)明的創(chuàng)造性在于—、首次將稀土元素金屬釹(Nd)和金屬元素釩(V)復(fù)合添加，輔之以金屬鍺(Ge) 元素，用以細(xì)化Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料的顯微組織、改善其釬焊性能并提高焊點(diǎn)(釬縫)的力 學(xué)性能。采用正交優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)大量對(duì)比試驗(yàn)，確定了具有優(yōu)良綜合性能的新型合金體 系含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料。經(jīng)過(guò)成分優(yōu)化試驗(yàn)，分別確定了各組元的含量范圍。微量元素V、Nd、Ge的復(fù)合添加對(duì)釬料的性能產(chǎn)生了明顯的的優(yōu)化效果在三種微量元素的交互作用下，液態(tài)釬料的流動(dòng)性得到了增強(qiáng)，顯著降低了釬料在使用過(guò)程中的氧 化，明顯改善了焊點(diǎn)的形態(tài)，焊點(diǎn)(釬縫)的各種缺陷明顯減少。尤其在釬焊過(guò)程中，V和Nd 在釬料和母材的界面處與Sn形成細(xì)小、致密、均勻、連續(xù)的化合物層，在晶內(nèi)和晶界同時(shí)析 出，抑制了位錯(cuò)在晶內(nèi)和晶界的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。與此同時(shí)，優(yōu)化了界面處金屬間化 合物層的取向，與母材和釬料基體之間具有良好的晶格匹配，提高了釬焊接頭的結(jié)合強(qiáng)度 以及抗疲勞性能，保證了釬焊接頭在服役中的可靠性(參見(jiàn)圖la、lb、圖3、圖7a和圖7b)。二、良好的潤(rùn)濕性能是釬料能否投入實(shí)際應(yīng)用的重要前提條件，也是無(wú)鉛釬料在 發(fā)展過(guò)程中遇到的一個(gè)瓶頸。對(duì)Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料潤(rùn)濕性能的測(cè)定，鋪展試驗(yàn)根據(jù)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)GB/T 11364-2008《釬料潤(rùn)濕性試驗(yàn)方法》來(lái)測(cè)定釬料的鋪展性能。大量試驗(yàn)結(jié)果表明， 含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料潤(rùn)濕、鋪展性能顯著優(yōu)于現(xiàn)有的Sn-Cu-Ni系無(wú)鉛釬料。 V、Nd和Ge的復(fù)合添加，有效地降低了液態(tài)釬料的表面張力系數(shù)，同時(shí)促進(jìn)界面反應(yīng)改善了 潤(rùn)濕性能，釬焊性能得到了明顯的優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明的含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni 無(wú)鉛釬料，配合市售免清洗助焊劑(RMA型)，在紫銅和PCB板上潤(rùn)濕性、鋪展性?xún)?yōu)良(參見(jiàn) 圖2)。圖Ia和圖Ib均示意了不同成分釬料合金即由前述的表1所示的1、2、3、4、5和6 六個(gè)編號(hào)的釬料的力學(xué)性能，其中圖Ia示意了不同Nd含量的QFP器件(即四邊扁平封裝 器件，Quad Flat Package，簡(jiǎn)稱(chēng)QFP)焊點(diǎn)(未時(shí)效與150°C時(shí)效500h)拉伸力；而圖Ib示 意了不同Nd含量的片式電阻(未時(shí)效與150°C時(shí)效500h)焊點(diǎn)抗剪力，從而可以發(fā)現(xiàn)新發(fā) 明的Sn-Cu-Ni-V-Nd-Ge無(wú)鉛釬料的焊點(diǎn)(釬縫)在焊后和時(shí)效處理后力學(xué)性能(根據(jù)電 子器件的一般要求規(guī)定，拉伸力與抗剪力越大越好)均優(yōu)于未含Nd的普通Sn-Cu-Ni釬料， Nd的最優(yōu)含量在0. 03wt. % 0. 2wt. %之間。圖2示意的是由表1所示的1、2、3、4、5和6這六個(gè)編號(hào)的不同成分釬料合金鋪 展面積，Nd的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的六個(gè)取值[含X wt. % Nd(X = 0. 001,0. 03,0. 05,0. 1,0. 2, 0. 4)]，0· 05wt. % V,0. Olwt. % Ge，0· 7wt. % Cu，0. 05wt. % Ni，余量為 Sn)。其中鋪展實(shí)驗(yàn)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11364-2008《釬料潤(rùn)濕性試驗(yàn)方法》來(lái)測(cè)定釬 料的鋪展性能(根據(jù)釬焊的一般要求，釬料“鋪展面積”越大，說(shuō)明釬料鋪展性能越好，同時(shí) 說(shuō)明釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能越好)。圖3是表1中不同成分釬料合金(釬料序號(hào)1、2、3、4、5、6)的相同試驗(yàn)條件下疲 勞壽命周次(定義為載荷下降50%，試驗(yàn)溫度為25°C，總的應(yīng)變范圍ε = 0.006，試驗(yàn)頻率 為0. 5Hz)。根據(jù)金屬材料通常的技術(shù)評(píng)價(jià)規(guī)定，金屬材料在相同試驗(yàn)條件下疲勞壽命周次 越多，表明材料的疲勞壽命越好(越長(zhǎng))。圖4是未加V、Ge及稀土 Nd的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金的金相顯微組織(含 0. 7wt. % Cu，0. 05wt. % Ni，余量為Sn(未加稀土元素)的釬料顯微組織(100X))。圖5是添加V、Ge及稀土 Nd (0. 05wt. % )的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金的金相顯微 組織(X 100)，相比普通Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料枝晶的方向性明顯降低，“共晶組織存在形貌” 明顯改變，組織中初晶β -Sn比例明顯降低，組織均勻(含0. 05wt. % V，0. 05wt. % Nd， 0. 05wt. % Ge，0. 7wt. % Cu，0. 05wt. % Ni，，余量為 Sn 的釬料顯微組織(100X))。圖6是添加V、Ge及0. 4wt. %稀土 Nd的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料合金的金相顯微組織 (X 100)，釬料基體中金屬間化合物的形貌、尺寸以及分布(含0.05wt. % V,0. 4wt. % Nd，0. 05wt. % Ge，0. 7wt. % Cu，0. 05wt. % Ni，余量為 Sn 的釬料顯微組織(100X))。圖7a和圖7b為焊點(diǎn)界面顯微組織(150°C時(shí)效500h)。其中圖7a為未加V、Ge及 稀土 Nd的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛焊點(diǎn)界面顯微組織(含0. 7wt. % Cu，0. 05wt. % Ni，余量為Sn (未 加V、Nd、Ge元素)的焊點(diǎn)界面顯微組織(150°C時(shí)效500h)；圖7b為添加0. 4wt. %稀土 Nd、 V 及 Ge 的 Sn-Cu-Ni 無(wú)鉛焊點(diǎn)界面顯微組織(含 0. 05wt. % V，0. 4wt. % Nd，0. lwt. % Ge, 0. 7wt. %Cu,0. 05wt. % Ni，余量為Sn的焊點(diǎn)界面顯微組織(150°C時(shí)效500h)，界面脆性金 屬間化合物層厚度相比普通Sn-Cu-Ni無(wú)鉛焊點(diǎn)明顯減小，說(shuō)明新發(fā)明的無(wú)鉛釬料合金體 系相比普通Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料所構(gòu)成焊點(diǎn)在其服役過(guò)程中疲勞性能得到了明顯提高。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的“含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”的質(zhì)量配比，敘述本發(fā)明的 實(shí)施例。實(shí)施例一一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，其成分為0. 07% Cu,0. 8% Ni,0. 001% V,0. 1% Nd,0. 005% Ge，余量為 Sn。上述成分配比得到的“含 V、Nd 和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”固相線(xiàn)溫度在220°C左右，液相線(xiàn)溫度在227°C左右(考慮了 試驗(yàn)誤差)。在紫銅板上的鋪展面積為62mm2，QFP焊點(diǎn)的拉伸力11. 3N，片式電阻抗剪強(qiáng)度 (力)為71N，焊點(diǎn)的疲勞壽命周次為92X 103。實(shí)施例二一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，其成分為1. 8% Cu， 0. 4% Ni，0. 1% V,0. 03% Nd，0· 1% Ge，余量為Sn。上述成分配比得到的“含V、Nd和Ge的 Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”固相線(xiàn)溫度在217°C左右，液相線(xiàn)溫度在225°C左右(考慮了試驗(yàn)誤 差)。在紫銅板上的鋪展面積為54mm2，QFP焊點(diǎn)的拉伸力10. 8N，片式電阻抗剪強(qiáng)度(力) 為65N，焊點(diǎn)的疲勞壽命周次為86X 103。實(shí)施例三一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，其成分為0.2% Cu, 2. 0% Ni,0. 005% V,0. 001% Nd，0. 06% Ge，余量為 Sn。上述成分配比得到的“含 V,Nd 和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”固相線(xiàn)溫度在219°C左右，液相線(xiàn)溫度在226°C左右(考慮了 試驗(yàn)誤差)。在紫銅板上的鋪展面積為46mm2，QFP焊點(diǎn)的拉伸力10. 1N，片式電阻抗剪強(qiáng)度 (力)為60N，焊點(diǎn)的疲勞壽命周次為55X 103。實(shí)施例四一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，其成分為0. 7% Cu， 0. 01% Ni,0. 1% V,0. 4% Nd，0.05% Ge，余量為Sn。上述成分配比得到的“含V、Nd和Ge 的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”固相線(xiàn)溫度在219°C左右，液相線(xiàn)溫度在225°C左右(考慮了試驗(yàn)誤 差)。在紫銅板上的鋪展面積為48mm2，QFP焊點(diǎn)的拉伸力10. 5N，片式電阻抗剪強(qiáng)度(力) 為67N，焊點(diǎn)的疲勞壽命周次為60X 103。實(shí)施例五一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比，其成分為0. 7% Cu， 0. 05% Ni,0. 4% V,0. 05% Nd，0· 001% Ge，余量為Sn。上述成分配比得到的“含V、Nd和Ge 的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料”固相線(xiàn)溫度在219°C左右，液相線(xiàn)溫度在223°C左右(考慮了試驗(yàn)誤差)。在紫銅板上的鋪展面積為65mm2，QFP焊點(diǎn)的拉伸力11. 9N，片式電阻抗剪強(qiáng)度(力) 為74N，焊點(diǎn)的疲勞壽命周次為102 X 103。為了便于對(duì)比，本發(fā)明選取了未加入V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni釬料進(jìn)行相關(guān)性能指 標(biāo)的測(cè)試。其成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為1. 5%的Cu，1.3%的Ni，0. 05% Pb，余量為Sn。試驗(yàn) 測(cè)定出其固相線(xiàn)溫度在224°C左右，液相線(xiàn)溫度在227°C左右(考慮了試驗(yàn)誤差)；在紫銅 板上的鋪展面積為44mm2，QFP焊點(diǎn)的拉伸力8.6N，片式電阻抗剪強(qiáng)度(力)為47N，焊點(diǎn)的 疲勞壽命周次為50X 103。從實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，含Pr、Sr和Ga的Sn-Cu-Ni釬料，其固相線(xiàn)溫度在217°C左右， 液相線(xiàn)溫度在227°C左右(考慮了試驗(yàn)誤差)。在紫銅板上的鋪展面積在46mm2 65mm2范 圍(均大于44mm2)，QFP焊點(diǎn)的拉伸力在10. IN 11. 9N范圍(均大于8· 6N)，片式電阻抗 剪強(qiáng)度在60N 74N范圍(均大于47N)，焊點(diǎn)的疲勞壽命周次在55 X IO3 102 X IO3范圍 (均大于50 X IO3)。
權(quán)利要求
一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，其特征在于其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為0.07～1.8％的Cu，0.01～2.0％的Ni，0.001～0.1％的V，0.001～0.4％的Nd，0.001～0.1％的Ge，余量為Sn。
全文摘要
一種含V、Nd和Ge的Sn-Cu-Ni無(wú)鉛釬料，屬于金屬材料類(lèi)及冶金領(lǐng)域的釬焊材料。其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為0.07～1.8％的Cu，0.01～2.0％的Ni，0.001～0.1％的V，0.001～0.4％的Nd，0.001～0.1％的Ge，余量為Sn。優(yōu)點(diǎn)提高Sn-Cu-Ni系無(wú)鉛釬料潤(rùn)濕性能、服役過(guò)程中內(nèi)部組織的熱穩(wěn)定性、焊點(diǎn)力學(xué)性能以及抗疲勞性；保證微量元素Nd在釬料中成分的準(zhǔn)確性；具有優(yōu)越的加工性能、抗氧化的能力較強(qiáng)、釬縫微觀組織均勻、潤(rùn)濕性能良好、釬縫力學(xué)性能優(yōu)良和接頭抗疲勞性能大幅提高；能滿(mǎn)足RoHS指令對(duì)無(wú)鉛化的要求和綠色制造的需要；能適應(yīng)不同生產(chǎn)條件的需要。
文檔編號(hào)B23K35/26GK101885119SQ20101021690
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者曾廣, 薛松柏, 薛鵬, 顧文華, 顧立勇 申請(qǐng)人:常熟市華銀焊料有限公司