無鉛釬料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于釬料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無鉛釬料。
【背景技術(shù)】
[0002] 在釬料合金中，鉛一般是用于稀釋錫以改善流動(dòng)性及潤(rùn)濕性的重要金屬。傳統(tǒng)的 釬料主要采用Sn63-Pb37共晶成分作為基礎(chǔ)的合金體系，這種合金共晶溫度為183°C，具有 良好的力學(xué)性能和工藝性能，使用歷史悠久，積累了大量的生產(chǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但鉛是一種有 毒的重金屬，當(dāng)廢棄電子電器填埋處理時(shí)，釬料中的鉛遇酸雨或地下水，可轉(zhuǎn)變成能夠溶于 水的二價(jià)鉛離子，從而進(jìn)入人們的供水鏈，導(dǎo)致鉛中毒。
[0003] 因此，人們逐漸開始研究不含鉛的釬料，目前，已取得了一些成果，得到了一些無 鉛針料。
[0004] 但遺憾的是，目前的無鉛釬料的物理性能還不太理想，例如：潤(rùn)濕性較差，抗氧化 能力較弱，焊料使用容易發(fā)黃，合金層MC分布不均勻/增長(zhǎng)過快等等，有鑒于此，確有必要 提供一種無鉛釬料，其合金層組織分布均勻，而且具有防氧化抑制發(fā)黃的作用，同時(shí)潤(rùn)濕性 好，可靠性優(yōu)越的釬料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種無鉛釬料，其合金的組織分 布均勻，而且具有防氧化抑制發(fā)黃的作用，同時(shí)潤(rùn)濕性好，可靠性優(yōu)越。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種無鉛釬料，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述無鉛釬料由以下成分組成：
[0008] 〇·〇% ~〇.2%Cu; _9] 0.05% ~0.15%Ni;
[0010] 0.006% ~0.05%Ge;
[0011] 余量為Sn。
[0012] 作為本發(fā)明無鉛釬料的一種改進(jìn)，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述無鉛釬料由以下成分組 成：
[0013] 0.3% ~0.7%Cu;
[0014] 0.15% ~0.5%Ni;
[0015] 0.01% ~0.3%Ge;
[0016] 余量為Sn。
[0017] 作為本發(fā)明無鉛釬料的一種改進(jìn)，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述無鉛釬料由以下成分組 成：
[0018] 〇.〇%Cu；
[0019] 〇.〇5%Ni；
[0020] 〇.〇〇7%Ge；
[0021] 余量為Sn。
[0022] 作為本發(fā)明無鉛釬料的一種改進(jìn)，按質(zhì)量百分比計(jì)，所述無鉛釬料由以下成分組 成：
[0023] 〇.3%Cu；
[0024] 〇.15%Ni；
[0025] 〇.〇3%Ge
[0026] 余量為Sn。
[0027] Sn-Cu釬料價(jià)格便宜，但是熔點(diǎn)高、結(jié)晶粗糙、爬升不好。Sn-Cu釬料在使用中存氧 化過快，錫渣多、并且容易產(chǎn)生的微連錫的。
[0028] 本發(fā)明通過在釬料中加入0.005 %~0.05 % Ge(鍺），由于鍺具有很強(qiáng)的親氧集膚 效應(yīng)，能在熔融的釬料表面聚集，形成一層結(jié)構(gòu)細(xì)膩、致密的集膚層，由于集膚層的作用，使 無鉛釬料不易被氧化，阻礙釬料的進(jìn)一步氧化，因此，微量鍺和鎵的加入可以顯著提高釬料 的抗氧化性，抑制其發(fā)黃。
[0029]在無鉛釬料中加入微量的Ge，借助這些微量元素與合金基體的交互作用使其偏析 和富集在液態(tài)合金的表面，形成一層富集的表面吸附層，在高溫條件下，這一富集微量元素 的表面吸附層優(yōu)先與大氣中的氧反應(yīng)，形成一層致密的表面氧化層，保護(hù)熔融液面，阻止液 面繼續(xù)氧化，達(dá)到減少合金表層氧化速度的目的。實(shí)踐表明：通過在Sn-Cu釬料中加入適量 的Ge可以提高其在焊接溫度為420°C以下的抗氧化能力。
[0030] 此外，Ni也有較高的熔點(diǎn)和抗氧化性，能提高耐熱和熱疲勞性能。
[0031] 此外，本發(fā)明通過加入0.005 %~0.05 %Ge (鍺），可以使得釬料的顯微組織明顯得 到細(xì)化，各相分布較為均勻，這是因?yàn)榻饘匍g化合物能吸收微量的鍺，從而改變晶體沿著不 同方向生長(zhǎng)的速度，使晶粒細(xì)化;此外，微量鍺的加入還可以顯著增強(qiáng)釬料的拉伸強(qiáng)度，這 主要是因?yàn)殁F料的拉伸強(qiáng)度受到鍺添加對(duì)釬料的組織細(xì)化以及大幅度增加的網(wǎng)狀共晶組 織和彌散分布于晶界處的Cu 6Sn5顆粒強(qiáng)化作用的影響，因此，鍺的添加還能夠顯著改善釬料 的潤(rùn)濕性，鋪展面積有所增大，潤(rùn)濕角有所減小，這是因?yàn)椋N的表面活性使其聚集在液態(tài) 釬料表面呈現(xiàn)正吸附。使得液態(tài)釬料表面自由能降低，進(jìn)而改善釬料的潤(rùn)濕性能。
[0032]在合金中添加 Ni、和Ge能夠增加釬料的過冷度，有利于合金晶粒的細(xì)化，其中，Ni 元素添加后對(duì)于改善合金接頭的剪切強(qiáng)度仍然有很好的作用，再加入Ge元素后，對(duì)于改善 IMC合金層的細(xì)化和抑制生長(zhǎng)是有幫助的，對(duì)于短時(shí)間內(nèi)合金的抗氧化的性能也有進(jìn)一步 的改善。
[0033] Ni元素在焊料由液態(tài)冷卻下來的過程中起到了結(jié)晶核心的作用，從而改善了釬料 合金的微觀結(jié)構(gòu)，阻止了結(jié)晶過程中低熔點(diǎn)相的生成，從而抑制了合金釬料的結(jié)晶裂紋的 形成。
[0034]由此可見，本發(fā)明中的各種元素之間相互配合，相輔相成，相互作用，以得到合金 的組織分布均勻、不易發(fā)黃、潤(rùn)濕性好、力學(xué)性能好的無鉛釬料。
【附圖說明】
[0035]圖1為焊錫的尖端的橫截面的圖（其中Ni的含量分別為0、100ppm、600ppm和 1000 ppm)〇
[0036]圖2為Ragone流動(dòng)性測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果圖。
[0037]圖3為使用連續(xù)電化學(xué)還原分析方法(SERA)測(cè)量得到的對(duì)比例1的SnO和SnO2層的 厚度。
[0038]圖4為使用連續(xù)電化學(xué)還原分析方法(SERA)測(cè)量Ge的含量為27ppm的釬料的SnO和 Sn〇2層的厚度。
[0039]圖5為使用連續(xù)電化學(xué)還原分析方法(SERA)測(cè)量Ge的含量為82ppm的釬料的SnO和 Sn〇2層的厚度。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 實(shí)施例1
[0041] 按質(zhì)量百分比計(jì)，本實(shí)施例提供的無鉛釬料由以下成分組成：
[0042] 〇.〇%Cu；
[0043] 〇.〇5%Ni；
[0044] 〇.〇〇7%Ge；
[0045] 余量為Sn。
[0046] 實(shí)施例2
[0047] 按質(zhì)量百分比計(jì)，本實(shí)施例提供的無鉛釬料由以下成分組成：
[0048] 〇.2%Cu；
[0049] 〇.15%Ni；
[0050] 〇.〇3%Ge；
[0051 ]余量為Sn。
[0052] 實(shí)施例3
[0053]按質(zhì)量百分比計(jì)，本實(shí)施例提供的無鉛釬料由以下成分組成：
[0054] 〇.7%Cu；
[0055] 〇.〇5%Ni；
[0056] 〇.〇l%Ge；
[0057] 余量為Sn。
[0058] 實(shí)施例4