專利名稱：一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金及其制備方法及其制備方法。
背景技術(shù)：
CN200810226519. 6號(hào)發(fā)明涉及一種低成本無鉛焊料，特別涉及一種低成本錫鋅鉍銅無鉛焊料及其所形成的焊點(diǎn)(或焊縫)，屬于釬焊材料技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明焊料的組分及其質(zhì)量百分比為:Zn 6. 0-10. 0%, Bi 1. 0-3. 0%, Cu :0. 5-1. 0%，余量為 Sn。與 Sn-Pb 焊料和傳統(tǒng)Sn-Si焊料相比，該發(fā)明提供了一種無污染且易于焊接的無鉛焊料合金。該焊料的優(yōu)點(diǎn)一是熔點(diǎn)185-200°C，抗拉強(qiáng)度為92-94Mpa。鋪展面積51-59(Cu:mm2/0. 2g)。該合金的熔點(diǎn)偏高，并且合金的抗拉強(qiáng)度不夠高。因此限制了合金的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述技術(shù)缺陷，提供一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金，該合金材料具有低熔點(diǎn)和高的鋪展性能，而且抗拉強(qiáng)度高，因此該合金具有良好的焊接性。本發(fā)明的另一目的是提供一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金制備方法，該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金，其特征是Cd為20-40wt%，Bi為0. 01 0. 03wt%, Sb 為 0. 01 0. 03wt%, Sr 為 0. 01 0. 03wt%, La 為 0. 01 0. 03wt%，余量為 Sn。一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法，其特征是首先按照上述合金成分進(jìn)行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的純度均大于99. 9% ；將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為450-480°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為380-400°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處， 將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部直徑為Imm的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米，寬度為3-6毫米的合金帶；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為12 14m/s。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果
本發(fā)明的錫鎘系可形成低熔點(diǎn)的共晶，本發(fā)明提供的無銀的錫系無鉛焊料熔點(diǎn)低于IC 封裝的耐熱溫度，接近于Sn-H3共晶熔點(diǎn)(約180度)，潤濕、鋪展性能優(yōu)異，易于焊接；合金中的鎘利于合金鋪展性能的提高；
鑭和鍶有對(duì)合金固溶強(qiáng)化的作用。錫鎘鍶可形成細(xì)小化合相強(qiáng)化合金，如形成Cdl ISr、 SrSn5、SrSn5，對(duì)合金起到強(qiáng)化作用。該焊料所形成的焊點(diǎn)(縫)，具有較好的結(jié)合強(qiáng)度和使用可靠性。本發(fā)明合金在凝固中，采用快淬方式冷卻，可以有效保證化學(xué)成分的均勻分布，這樣不僅保證了焊接工藝性能，也保證了合金的力學(xué)性能。本發(fā)明制備過程中，不使用貴重金屬銀，所取原料成本降低；另外合金經(jīng)過快速冷卻，保證了合金成分、組織和性能的均勻性，因此也就保證了合金的質(zhì)量。
本發(fā)明合金具有熔點(diǎn)低、焊點(diǎn)強(qiáng)度高，且成本低的優(yōu)點(diǎn)。因此使用的自由度更大， 為擴(kuò)大這種焊接方法的應(yīng)用范圍和進(jìn)一步優(yōu)化接頭性能均提供了可能。因此，不僅具有良好的焊接性能、力學(xué)性能，更具有成本低廉的優(yōu)勢。該合金制備工藝簡便，生產(chǎn)的合金具有良好的性能，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的合金性能見表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金組織圖。由圖1可以看出，該材料組織致密。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本發(fā)明高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法
首先按照 Cd 為 20wt %，Bi 為 0. Olwt %，釙為 0. Olwt %，Sr 為 0. Olwt %, La 為 0. 01wt%，余量為Sn的合金成分進(jìn)行配料。原料Cd、Bi、釙、Sr、La、Sn的純度均大于99. 9%； 將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為460°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為390°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處，將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部直徑為Imm的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米，寬度為3_6毫米的合金帶；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為12 14m/s。實(shí)施例二
高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法
首先按照 Cd 為 40wt %，Bi 為 0. 03wt %，Sb 為 0. 03wt %，Sr 為 0. 03wt %，La 為 0. 03wt%，余量為Sn的合金成分進(jìn)行配料，原料Cd、Bi、釙、Sr、La、Sn的純度均大于99. 9%； 將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為460°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為390°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處，將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部直徑為Imm的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米，寬度為3_6毫米的合金帶；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為14m/s。實(shí)施例三
高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法
首先按照 Cd 為 30wt %，Bi 為 0. 02wt %，Sb 為 0. 02wt %，Sr 為 0. 02wt %，La 為 0. 02wt%，余量為Sn的合金成分進(jìn)行配料，原料Cd、Bi、釙、Sr、La、Sn的純度均大于99. 9%； 將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為470°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為400°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處，將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部直徑為Imm的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米，寬度為3_6毫米的合金帶；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為12m/s。實(shí)施例四(成份配比不在本案設(shè)計(jì)范圍內(nèi)實(shí)例) 高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法首先按照 Cd 為 12wt%，Bi 為 0. 005wt%, Sb 為 0. 005wt%, Sr 為 0. 004wt %, La 為 0. 003wt%，余量為Sn的合金成分進(jìn)行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的純度均大于 99. 9% ；將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為450-480°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為380-400°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處，將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部直徑為Imm的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米，寬度為3-6毫米的合金帶；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為12m/s。實(shí)施例五(成份配比不在本案設(shè)計(jì)范圍內(nèi)實(shí)例) 高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法
首先按照 Cd 為 50wt %，Bi 為 0. 04wt %，Sb 為 0. 05wt %，Sr 為 0. 05wt %，La 為 0. 003wt%，余量為Sn的合金成分進(jìn)行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的純度均大于 99. 9% ；將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為450-480°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為380-400°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處，將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部直徑為Imm的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米，寬度為3-6毫米的合金帶；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為14m/s。結(jié)合下表中各產(chǎn)品的性能參數(shù)
表1各產(chǎn)品的性能參數(shù)
合金編號(hào)合金成分抗拉強(qiáng)度/Mpa鋪展面積(Cu:mm2/0.2g)熔點(diǎn)、’C對(duì)比合金CN200810226519. 6號(hào)申請(qǐng)制得的材料92-9451-59185-200產(chǎn)品1實(shí)施例一制得的產(chǎn)品95-9760-62185-186產(chǎn)品2實(shí)施例二制得的產(chǎn)品96-9865-67184-185產(chǎn)品3實(shí)施例三制得的產(chǎn)品98-10064-66180-181產(chǎn)品4實(shí)施例四制得的產(chǎn)品90-9257-59187-188產(chǎn)品5實(shí)施例五制得的產(chǎn)品88-9060-62188-189
由上表可見，Cd、Bi、Sb、Sr、La加入量提高，抗拉強(qiáng)度、鋪展面積都得到改善。但是加入量過多，所形成的化合物增多，會(huì)破壞合金的強(qiáng)度，并且影響合金的鋪展性。產(chǎn)品4、5的性能數(shù)據(jù)表明，Cd、Bi、Sb、Sr、La加入量小于設(shè)計(jì)范圍，達(dá)不到合金應(yīng)有的抗拉強(qiáng)度和鋪展性。加入量過高，化合物過多，會(huì)破壞合金的強(qiáng)度及鋪展性。取值不在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，合金的熔點(diǎn)會(huì)升高。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金，其特征是該合金中各成份的質(zhì)量百分含量為 Cd 為 20-40wt%，Bi 為 0. 01 0. 03wt%,Sb 為 0. 01 0. 03wt%,Sr 為 0. 01 0. 03wt%, La 為 0. 01 0. 03wt%，余量為 Sn。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金，其特征是上述合金為帶狀，合金帶的厚度為250-350微米，寬度為3-6毫米。
3.一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法，其特征是首先按照質(zhì)量百分含量 Cd 為 20-40wt%，Bi 為 0. 01 0. 03wt%,Sb 為 0. 01 0. 03wt%,Sr 為 0. 01 0. 03wt%, La為0. 01 0. 03wt%，余量為Sn的合金成分進(jìn)行配料，原料Cd、Bi、釙、Sr、La、Sn的純度均大于99. 9% ；將原料放入真空感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度為450-480°C，得到母合金，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi)的重熔管式坩堝中進(jìn)行重熔，重熔溫度為380-400°C，重熔管式坩堝的底部置于快淬爐轉(zhuǎn)輪輪緣之上2-4mm處，將上述母合金置于管式坩堝內(nèi)熔化，合金熔融后在氬氣作用下從坩堝底部的孔中噴出與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪邊緣接觸，形成厚度為250-350微米， 寬度為3-6毫米的合金帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金的制備方法，其特征是所述坩堝底部孔的直徑為Imm ；轉(zhuǎn)輪輪緣的旋轉(zhuǎn)線速度為12 14m/s。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金及其制備方法，該合金材料具有低熔點(diǎn)和高的鋪展性能，而且抗拉強(qiáng)度高，因此該合金具有良好的焊接性。其制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該高強(qiáng)度錫鎘系無鉛焊料合金，其特征是Cd為20-40wt％，Bi為0.01～0.03wt％，Sb為0.01～0.03wt％，Sr為0.01～0.03wt％，La為0.01～0.03wt％，余量為Sn。
文檔編號(hào)B22D11/06GK102500947SQ20111032385
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者王倩, 王玲, 范樂, 許根俊, 趙浩峰, 陳文兵, 項(xiàng)青霞 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)