專利名稱：錫鋅銅無鉛釬料合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電子封裝釬焊材料技術(shù)，特別涉及到適用于釬焊電子元件而不造成熱損傷的無鉛釬料合金。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)的錫鉛釬料含有對(duì)人體和環(huán)境具有極大危害的鉛元素，發(fā)展無鉛釬料已經(jīng)成為當(dāng)前材料科學(xué)工作者的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。美國(guó)、日本等國(guó)家正積極立法來禁止鉛的使用，歐盟根據(jù)立法案電氣電子產(chǎn)品機(jī)械的廢棄物的指令，從2006年7月1日起將全面禁止含鉛、鎘等有毒有害元素在電子工業(yè)中的使用。因而，為了消除鉛的污染，迫切需要無鉛的釬料來取代Sn-Pb釬料應(yīng)用于電子封裝焊接技術(shù)中。
為了使無鉛釬料合金成分滿足有關(guān)法規(guī)要求，并使釬料合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能和釬焊接頭具有較高的可靠性，釬料合金必須具有合適的熔點(diǎn)，良好的潤(rùn)濕性，組成元素不含有毒、有害性元素，供給量充足能夠滿足產(chǎn)業(yè)化的要求，合金組織穩(wěn)定性好，無腐蝕性等。在當(dāng)前研究的二元及多元合金體系中，Sn-Ag，Sn-Bi-Ag，Sn-Ag-Cu釬料極其釬焊接頭研究較多，具有較好的應(yīng)用前景。但是這些合金十分昂貴，是錫鉛合金價(jià)格的3倍左右。
Sn-9Zn合金具有良好的經(jīng)濟(jì)性和力學(xué)性能，但是Zn元素具有活撥的化學(xué)性質(zhì)和冶金性，使該合金的潤(rùn)濕性和抗腐蝕性很差，極大影響了應(yīng)用。而且，Sn-9Zn合金組織中含有粗大的β-Sn晶粒，由于潤(rùn)濕性差釬焊接頭結(jié)合強(qiáng)度也較低。近年來，為了改善Sn-9Zn合金的性能，研究者將In、Bi、Al以及稀土元素等作為合金化元素添加到合金中，但是作用不夠顯著。例如，美國(guó)發(fā)明專利US6488888，US6440288，US5017738以及千住會(huì)社申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利(公開號(hào)1198117)等都添加了多種元素到Sn-Zn合金中來改善性能。其中Cu的添加量都小于3％。然而，根據(jù)我們的最新研究結(jié)果，如果在Sn-9Zn體系內(nèi)加入3-10％的Cu元素可以明顯提高其潤(rùn)濕性。其原因在于只有Cu的添加超過3％才可使Zn形成較穩(wěn)定的Cu-Zn化合物，極大降低了Zn元素的活潑性；進(jìn)一步地，該釬料具有良好的力學(xué)性能以及可靠性。其抗拉強(qiáng)度大于50Mpa，雖然塑性下降，但仍具有15％以上的延伸率和斷面收縮率。完全可滿足釬料的力學(xué)性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種錫鋅銅無鉛釬料，以解決目前制約錫鋅合金存在的問題，使其潤(rùn)濕性、抗腐蝕性及力學(xué)性能進(jìn)一步改善，從而可以廣泛應(yīng)用于電子封裝當(dāng)中。
本發(fā)明的更為具體的目的是提供具有以下性質(zhì)的無鉛釬料合金1)具有良好的可焊性；2)形成的釬焊接頭具有足夠高的結(jié)合強(qiáng)度，釬焊接頭組織穩(wěn)定性優(yōu)良；3)可以用釬焊烙鐵進(jìn)行釬焊；4)極低的成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，在Sn-Zn合金中添加了3.05～10重量％的Cu，，同時(shí)任選含有0.2～2重量％的Bi、微量稀土元素RE(由La，Ce，Pr，Nd中的一種或幾種元素組成)中的一種或幾種。
釬料合金成分根據(jù)以下理由是Cu元素的加入使得合金中富Zn相轉(zhuǎn)變成Cu-Zn化和物，極大降低了Zn元素的活潑性，使得在釬焊過程中Zn的氧化問題得到解決，降低了液相的表面張力，因而顯著提高了潤(rùn)濕性。
微量混合稀土元素抑制了粗大的β-Sn晶粒生成，使合金組織明顯細(xì)化，進(jìn)而提高了合金的力學(xué)性能，同時(shí)稀土元素的加入顯著改善合金的潤(rùn)濕性。
Bi作為合金化元素來提高合金的潤(rùn)濕性、降低熔點(diǎn)本發(fā)明的效果和益處是，由于Cu，RE，Bi合金化元素的加入使得釬料合金潤(rùn)濕性、力學(xué)性能較好，熔點(diǎn)適宜，價(jià)格便宜，能夠克服Sn-Zn合金的弱點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)，尤其是家電，汽車等領(lǐng)域的無鉛化需求。


圖1是(Sn-9Zn)-xCu的潤(rùn)濕角隨Cu含量變化示意圖，使用的釬劑是RMA松香活性釬劑，釬焊溫度為265℃。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
和實(shí)施例。本發(fā)明的錫鋅銅無鉛釬料的化學(xué)成分(％)如下1.(5～10)Zn；(3.05～10)Cu，余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成；2.(5～10)Zn；(0.05～0.5)RE；(3.05～10)Cu，余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成；3.(5～10)Zn；(0.2～2)Bi，(3.05～10)Cu，余量為Sn及不可避免的雜質(zhì)組成。
將上述按成分配好的原料放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中冶煉，在常壓下，600℃溫度保溫4～6小時(shí)，澆注即可得到焊料合金.通過噴霧制取釬料粉末，加入釬劑，便得到焊膏。
實(shí)施例選取下列化學(xué)成分(％)(7～9)Zn；(0.05～0.15)RE；(0.5～2)Bi；(4～6)Cu，余量為Sn。將上述按成分配好的原料放入工業(yè)用真空感應(yīng)爐中冶煉，在常壓下，600℃溫度保溫4～6小時(shí)，澆注即可得到焊料合金，通過噴霧制取釬料粉末，加入釬劑，便得到焊膏?？捎糜谠倭骱浮?br> 權(quán)利要求
1.一種錫鋅銅無鉛釬料合金，其特征是含有5～10重量％的Zn，3.05～10重量％的Cu，其余為Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅無鉛釬料合金，其特征是含有0.05～0.5重量％的稀土元素，稀土元素包括La，Ce，Pr，Nd中的一種或幾種元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錫鋅銅無鉛釬料合金，其特征是含有0.2～2重量％的Bi。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到電子封裝釬焊材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到低熔點(diǎn)的無鉛釬料合金。其特征在于合金由以下成分組成5～10重量％的Zn；3.05～10重量％的Cu；0.05～0.5重量％的稀土元素，包括La，Ce，Pr，Nd中的一種或幾種元素；含有0.2～2重量％的Bi，其余為Sn。本發(fā)明效果和益處是合金其潤(rùn)濕性較好，力學(xué)性能優(yōu)良，無毒、無污染，價(jià)格便宜，綜合性能優(yōu)良，可滿足電子工業(yè)，尤其是家用電器等無鉛釬料應(yīng)用領(lǐng)域的要求。
文檔編號(hào)C22C13/00GK1555960SQ200410021039
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2004年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月10日
發(fā)明者趙杰, 于大全, 馬海濤, 韓雙起, 黃明亮, 王來, 趙 杰 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)