一種低溫焊接材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫焊接材料，包括以下重量百分比的組份：Sn為38?45％，Bi為10?18％，In為2.2?10％，其余為Pb，通過對Sn、Pb、Bi、In四種元素進(jìn)行合理配比，制備了Sn?Pb?Bi?In四元合金，該合金焊料具有低熔點、焊后強度高、耐溫性好、韌性好、成本適中的特點。
【專利說明】
-種低溫焊接材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種低溫焊接材料，具體設(shè)及L邸照明行業(yè)組裝用焊料制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體照明W其明顯的節(jié)能特點和環(huán)保功能，已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ?高技術(shù)領(lǐng)域之一。隨著L邸技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，W及政府相關(guān)部口的引導(dǎo)和推 動，LED照明技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用得W迅速推廣，市場規(guī)模不斷擴大，作為實現(xiàn)半導(dǎo)體照明的核 屯、技術(shù)，更大的功率輸出、光能輸出，更高的光電轉(zhuǎn)換效率是未來的發(fā)展趨勢。
[0003] L抓燈珠與基板的焊接一直是LED所面臨的技術(shù)壁壘。在某些特殊的領(lǐng)域（如醫(yī) 療），由于其特殊用途的Lm)燈珠不耐高溫，當(dāng)溫度高于150°C時，燈珠易被燒壞，造成不良。 所W采用錫膏作為焊接材料時，傳統(tǒng)的錫銀銅和錫鉛共晶由于其烙點過高而不能滿足使用 要求，必須采用低烙點焊料。在含In針料中，如Ξ元合金Sn-Bi-In、Sn-Pb-In，均存在烙點和 成本的矛盾，要想使烙點降低至150°CW下，In的含量至少在20% W上，而In屬于貴金屬，如 此高In含量的針料，行業(yè)通常不予接受;含有In的二元合金，錫銅共晶（Snln52)合金烙點合 適、塑性好，但其強度相比較低，且稀缺元素 In含量過高造成成本太高，也不適宜大規(guī)模應(yīng) 用。而SnBi系列的合金中，錫祕共晶（SnBi58)焊料烙點為138°C，可滿足焊接溫度要求，但其 焊點很脆，在使用過程中容易造成燈珠脫落，無法滿足Lm)燈珠與基板之間的焊接接頭的強 度要求;而Sn-Pb-Bi合金存在合金脆性和烙點的矛盾，當(dāng)烙點較低時，脆性差，當(dāng)脆性好時， 烙點又偏高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種低溫焊接材料，通過對511、口13、81、111四種元 素進(jìn)行合理配比制備了 Sn-Pb-Bi-In四元合金，該合金焊料具有低烙點、焊后強度高、耐溫 性好、初性好、成本適中的特點。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種低溫焊接材料，包括W下重量百分比的組份:Sn為38-45 %，Bi為10-18 %，In 為2.2-10%，其余為Pb。
[0007] 進(jìn)一步地，所述低溫焊接材料包括W下重量百分比的組份：Sn為38-43%，Bi為 13.0-18.0%，In為4.0-8.0%，其余為Pb。
[000引進(jìn)一步地，還包括添加劑，所述添加劑包括〔(1、211、口、66、6曰、1?6中的一種或兩種^ 上組份，其中，按重量百分比計，Cd為0-2.0%，Zn為0-4.0%，P為0-0.5%，(ie為0-0.5%，Ga 為0-0.5%，RE為0-0.5%。
[0009] 優(yōu)選地，所述添加劑為Cd，其重量百分比為0.05-2.0%。
[0010] 優(yōu)選地，所述添加劑包括化、P，其中，按重量百分比計，Zn為0.05-4.0 %，P為0.0Ι? ο.5%。
[0011] 優(yōu)選地，所述添加劑包括Cd、(ie和RE，其中，按重量百分比計，Cd為0.05-2.0 %，Ge 為0.01-0.5%，RE為0.01-0.5%。
[0012]本發(fā)明所述技術(shù)方案相對于現(xiàn)有技術(shù)，取得的有益效果是：
[001引（1)本發(fā)明通過對511刑前、111四種元素的合理配比，在保證低溫烙點、較高強度 和初性的前提下，降低了該低溫焊料中稀貴金屬銅的含量(2.2-10%)，而現(xiàn)有低溫焊料中 含有In的二元或Ξ元合金中In含量至少在20 % W上，成本居高不下，而本發(fā)明通過降低In 的含量滿足了規(guī)模實用化應(yīng)用的成本要求;另一方面，In的加入使合金的塑形變形能力大 幅度增強，抗沖擊初性提高，滿足惡劣條件下的使用要求。
[0014] (2)本發(fā)明通過對511、口13、81、111四種元素的合理配比，避免了不利金屬間化合物 (IMC)的粗大形態(tài)及合金內(nèi)部氧化的出現(xiàn)，使其能顯著降低烙化溫度的同時不增加焊料的 烙程，提升焊后的耐溫性能;且能夠?qū)崿F(xiàn)固溶強化、細(xì)晶強化和原位生成IMC彌散強化，Ξ種 強化機制的共同交互作用使得焊料的抗沖擊性和初性大幅提升。
[0015] (3)為進(jìn)一步提升應(yīng)用性能指標(biāo)，還可少量添加強化類或抗氧化類元素 Cd，Zn，P、 Ge、Ga、RE中的一種或幾種組合，所述的RE為通用的富La或富Ce的稀±;Cd，化等元素的添加 進(jìn)一步提升了焊料的結(jié)合性能和焊后抗疲勞性，？、66、6曰、36等添加能夠進(jìn)一步提升焊料的 抗氧化性，并細(xì)化焊料組織，進(jìn)一步提升焊后產(chǎn)品的可靠性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為Sn-36Pb-14Bi-8In焊料的掃描電鏡組織照片；
[0017] 圖2為Sn-36Pb-14Bi-8In的DSC曲線和時間溫度曲線(冷卻過程）；
[001引圖3為Sn-40Pb-13Bi-5In-0.05Zn-0.01P的時間溫度曲線(冷卻過程）；
[0019] 圖4為Sn-39Pb-l她i-4In-2Cd-0.01Ge-0.01RE的時間溫度曲線（冷卻過程）；
[0020] 圖5為Sn-40Pb-13Bi-7In的時間溫度曲線(冷卻過程）。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚、明白，W下結(jié) 合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用W解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明所述的一種低溫焊接材料，包括W下重量百分比的組份:Sn為38-45%，Bi 為10-18%，111為2.2-10%，其余為口13。
[0023] 進(jìn)一步地，所述低溫焊接材料包括W下重量百分比的組份：Sn為38-43%，Bi為 13.0-18.0%，In為4.0-8.0%，其余為Pb。
[0024] 進(jìn)一步地，還包括添加劑，所述添加劑包括〔(1、211、？、66、6曰、1?6中的一種或兩種^ 上組份，其中，按重量百分比計，Cd為0-2.0%，Zn為0-4.0%，P為0-0.5%，(ie為0-0.5%，Ga 為0-0.5%，RE為0-0.5%。
[00巧]優(yōu)選地，所述添加劑為Cd，其重量百分比為0.05-2.0%。
[0026] 優(yōu)選地，所述添加劑包括化、P，其中，按重量百分比計，化為0.05-4.0 %，P為0.0Ι? ο.5%。
[0027] 優(yōu)選地，所述添加劑包括Cd、(ie和RE，其中，按重量百分比計，Cd為0.05-2.0 %，Ge 為0.01-0.5%，RE為0.01-0.5%。
[00%]本發(fā)明所述的一種低溫焊接材料的制備方法，包括如下步驟：
[0029] 步驟1:在烙煉爐中按比例加入稱好的Sn、Pb、Bi、In原料，并加入適量烙煉覆蓋劑， 加熱至250-300°C，保溫 10-20min;
[0030] 步驟2:除掉步驟1所得烙液的表面覆蓋劑，誘注于模具中制成低溫焊料錠巧，備 用。
[0031] 步驟3:將上述步驟2所得焊料錠巧直接作為焊料應(yīng)用，或制成條帶、絲板或社片使 用;或?qū)⑸鲜霾襟E2所得焊料錠巧在200-300°C烙化、噴粉，制備成球形合金焊粉，用作焊膏 基料。
[0032] 本發(fā)明所述的一種低溫焊接材料，其加入了添加劑，所述添加劑包括Cd、Zn、P、Ge、 Ga、RE中的一種或兩種W上組份，該低溫焊接材料的制備方法，包括如下步驟：
[0033] 步驟1:將添加劑制備成中間合金，所述中間合金為饑-17Cd、Sn-9Zn、Sn-5P、Sn- 5Ge、Sn-5Ga、Sn-5民E;
[0034] 步驟2 :在烙煉爐中加入按比例稱好的Sn、Pb、B i、In原料和步驟1制備的中間合 金，，并加入適量烙煉覆蓋劑，加熱至250-300°C，保溫10-20min;;
[0035] 步驟3:除掉步驟3所得烙液的表面覆蓋劑，誘注于模具中制成低溫焊料錠巧，備 用。
[0036] 步驟4:將上述步驟3所得焊料錠巧直接作為焊料應(yīng)用，或制成條帶、絲板或社片使 用?；?qū)⑸鲜霾襟E3所得焊料錠巧在200-300°C烙化、噴粉，制備成球形合金焊粉，用作焊膏 基料。
[0037] 實施例1
[003引本實施例所述的低溫焊接材料，包括W下重量百分比的組份：40 % Sn、40 %化、 13%81和7%111。其制備過程如下：
[0039] 步驟1:在200kg烙煉爐中加入稱好的40份純Sn、40份純Pb、13份純Bi、7份純In原 料，共計100kg，加入lOOg的化Cl2烙煉覆蓋劑，加熱至化0°C，并保溫20min;
[0040] 步驟2:對上述所得烙液進(jìn)行攬拌3-5min后除掉表面覆蓋劑，誘注于模具中制成低 溫焊料錠巧。
[0041] 步驟3:在擠壓機上將步驟2所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊 粉。
[0042] 實施例2
[0043] 本實施例所述的低溫焊接材料，包括W下重量百分比的組份：42 % Sn、36 %化、 14%81和8%111。其制備過程如下：
[0044] 步驟1:在200kg烙煉爐中加入稱好的42份純Sn、36份純Pb、14份純Bi、8份純In原 料，共計100kg，加入lOOg的化Cl2烙煉覆蓋劑，加熱至化0°C，并保溫20min;
[0045] 步驟2:對上述所得烙液進(jìn)行攬拌3-5min后除掉表面覆蓋劑，誘注于模具中制成低 溫焊料錠巧。
[0046] 步驟3:在擠壓機上將步驟2所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊 粉。
[0047] 實施例3
[004引本實施例所述的低溫焊接材料，包括W下重量百分比的組份:38.95 % Sn、36 %饑、 15%Bi和10%111、0.05%〔(1。其制備過程如下：
[0049] 步驟1:采用真空感應(yīng)烙煉的方式，在400°C條件下烙煉制備Pb-17Cd中間合金； [0化0] 步驟2:按表1所列配比，將純Sn、純Pb、純Bi、純In和Pb-17Cd合金的加料順序依次 加入烙煉爐中，并加入化Cl2覆蓋劑在烙煉爐中加熱至300°C，烙化后保溫20min;
[0051 ]步驟3:除掉表面覆蓋劑，將合金烙體誘鑄于模具中，凝固，制備出低溫焊料錠巧。
[0052] 步驟4:在擠壓機上將步驟3所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊 粉。
[0053] 實施例4-7
[0054] 按照表1中列出的各合金成分的質(zhì)量百分比，分別制備實施例4-7的低溫焊接材 料。
[0化5]步驟 1:制備饑-17Cd、Sn-9ai、Sn-5P、Sn-5Ge、Sn-5RE、Sn-5Ga等二元中間合金，其 制備方法是采用真空感應(yīng)烙煉的方式；
[0化6] 步驟2:按表1所列配比，按照純Sn、純饑、純Bi、純In和所需種類的中間合金、ZnCb 覆蓋劑的加料順序依次加入烙煉爐中，在烙煉爐中加熱至300°C，烙化后保溫20min;
[0057] 步驟3:除掉表面覆蓋劑，將合金烙體誘鑄于模具中，凝固，制備出實施例4-7的系 列低溫焊料錠巧。
[0058] 步驟4:在擠壓機上將步驟3所得錠料擠壓成條狀、絲狀或霧化制備成球形合金焊 粉。
[0化9]
[0060]~表1實施例配比數(shù)據(jù)(重量百分比％ )~' ' ' ' ' '
[0061]
[0062] 表2部分實施例與傳統(tǒng)主流焊料的烙點和力學(xué)性能比較
[0063] 從表2數(shù)據(jù)看出本發(fā)明所述的低溫焊接材料在烙化溫度、延伸率、抗拉強度和屈服 強度等綜合方面評估，相比傳統(tǒng)焊料具有優(yōu)勢，在保證其可焊性前提下，提高焊料的抗拉強 度和屈服強度，并能夠提高焊點的結(jié)合可靠度。
[0064] 圖1為Sn-36Pb-14Bi-8In焊料的掃描電鏡組織照片。從圖中可W看出該焊料組織 均勻、組織中分布著大量細(xì)小的析出強化相，運也是該類低溫焊料具有較高強度的根本原 因；圖2是Sn-36Pb-14Bi-8In的時間溫度曲線（冷卻過程），圖3是Sn-AOPb-lSBi-SIn- Q.OSZn-O.OlP 的時間溫度曲線 （冷卻過程）， 圖4和圖 5分別是 Sn-39Pb-16Bi-4In-2Cd- O.OlGe-O.OlRE和Sn-40Pb-13Bi-7In的時間溫度曲線(冷卻過程），從圖中可看出該類焊料 的烙化溫度較低，在150°C條件通過保溫時間可W實現(xiàn)烙化焊接，并且焊料在低于100°C均 未見有吸熱峰出現(xiàn)，說明該類低溫焊料在低于l〇〇°C條件具有穩(wěn)定的固態(tài)組織。
[0065] 上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局 限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和 環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改 動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附 權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種低溫焊接材料，其特征在于：包括以下重量百分比的組份：Sn為38-45 %，Bi為 10-18%，In為2.2-10%，其余為Pb。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低溫焊接材料，其特征在于：包括以下重量百分比的組 份:Sn為38-43%，Bi為 13.0-18.0%，In為4.0-8.0%，其余為Pb。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低溫焊接材料，其特征在于:還包括添加劑，所述添加 劑包括0(1、211、？、66、6&、1^中的一種或兩種以上組份，其中，按重量百分比計，0(1為0-2.0%， Zn為0-4.0%，P為0-0.5%，Ge為0-0.5%，Ga為0-0.5%，RE為0-0.5%。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫焊接材料，其特征在于:所述添加劑為Cd，其重量百 分比為 0.05-2.0%。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫焊接材料，其特征在于:所述添加劑包括Zn、P，其中， 按重量百分比計，Zn為0 · 05-4 · 0%，P為0 · 01-0 · 5%。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低溫焊接材料，其特征在于:所述添加劑包括Cd、Ge和RE， 其中，按重量百分比計，Cd為0·05-2·0%，Ge為0·01-0· 5%，RE為0·01-0· 5%。
【文檔編號】B23K35/26GK105965172SQ201610397820
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】楊樹軍, 吳晶, 徐惠能
【申請人】廈門強力巨彩光電科技有限公司