專利名稱：一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金領(lǐng)域，具體地說是一種無鉛焊錫合金。
背景技術(shù)：
隨著歐盟WEEE與RoHS的兩個指令的實(shí)施以及國內(nèi)電子產(chǎn)品污染防治辦法的出臺，國內(nèi)電子制造業(yè)與焊錫制造業(yè)的全面無鉛化將越來越緊迫，開發(fā)無鉛焊錫，勢在必行。為確保無鉛焊錫的可焊性及焊后的可靠性，并要考慮到成本等問題，目前研發(fā)、應(yīng)用無鉛焊錫主要面臨以下問題(1)無鉛焊錫的熔點(diǎn)要低，要盡量接近63Sn37Pb合金的熔點(diǎn)183℃，大致在183℃-220℃之間。熔點(diǎn)過高就對電子元器件和PCB板的耐溫性提出了更高的要求，增加了PCB板和電子元器件的生產(chǎn)難度和成本。(2)要求熱傳導(dǎo)率、導(dǎo)電率要與63Sn/37Pb合金相當(dāng)，潤濕性良好，焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度、韌性、延展性及抗蠕變性能等機(jī)械性能良好。(3)成本盡可能降低，為適應(yīng)電子電器等工業(yè)部門大規(guī)模廣泛使用，比較理想的價位是控制在錫鉛合金的1.5-2倍范圍內(nèi)，焊錫低毒性，甚至無毒。要與現(xiàn)有的設(shè)備、工藝兼容，焊后對各焊點(diǎn)檢修容易，材料供應(yīng)應(yīng)保證充分。(4)無鉛焊錫在使用過程中，與線路板的銅基、所鍍的無鉛焊錫、元器件管腳或其表面的無鉛焊錫要有良好的釬合性能。(5)新開發(fā)的無鉛焊錫盡量與各類助焊劑相匹配，并且兼容性要盡可能的強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種潤濕性能良好、焊接質(zhì)量較高的SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，該焊錫的成本相對較低并且具有可取代現(xiàn)有錫鉛焊錫的性能。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為1.5-2.5％的Ag、0.1-0.8％的Cu、0.01-0.5％的Ni、0.001-0.1％的P、0-0.01％的Bi，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
具體的講，所述SnAgCuNi系無鉛焊錫合金的組成按重量百分比計(jì)為1.5％的Ag、0.5％的Cu、0.5％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
所述SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
所述的SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
所述SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.0％的Ag、0.8％的Cu、0.1％的Ni、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
所述SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.5％的Ag、0.1％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
所述的SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.5％的Ag、0.8％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的Bi、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的無鉛焊錫是以Sn為主體，添加一定比例的Ag可增加焊錫的潤濕性能，提高焊錫的焊接強(qiáng)度和焊點(diǎn)的延伸率。由于焊接所用之母材多數(shù)情況下為Cu基板，因此添加Cu有提高焊接強(qiáng)度的作用。本發(fā)明中添加Ni可抑止焊后焊點(diǎn)金屬化合物層的長大，提高焊點(diǎn)的抗疲勞強(qiáng)度。此外由于焊錫中含有大量的Sn，會增加金屬氧化物的產(chǎn)生量，通過添加P可以抑制Sn與氧結(jié)合產(chǎn)生的金屬氧化物，提高焊接作業(yè)的操作性，提高焊接質(zhì)量。此外本發(fā)明中還添加了微量的Bi元素，Bi的添加使Sn與Cu原子之間的作用加強(qiáng)，促進(jìn)了Sn在Cu基板上的潤濕性能，增加焊錫的可焊性。
該SnAgCuNi系無鉛焊錫合金可以采用先制備各種焊錫中間合金，然后加熱混熔的方式得到。其采用的設(shè)備包括真空中頻感應(yīng)熔煉爐和石墨坩堝，在真空狀態(tài)下將一定比例的Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Bi、Sn-P混合物熱熔，出爐鑄成各焊錫的兩組分中間合金，然后將剩余錫與Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Bi中間合金熱熔，再在稍低溫度下加入Sn-P中間合金，出爐在錫條機(jī)上冷卻澆鑄，得到高純度、混合度較高的焊錫合金棒。
本發(fā)明的有益效果在于，該SnAgCuNi系無鉛焊錫合金不含有任何鉛的成分，更為環(huán)保；其熔點(diǎn)在220℃左右，和SnAgCu焊錫相當(dāng)；熱、電學(xué)性能與傳統(tǒng)合金相當(dāng)，而且潤濕性良好，以及焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度、韌性、延展性和抗蠕變性能等機(jī)械性能與錫鉛合金相當(dāng)；成本較低，可替代現(xiàn)有錫鉛焊錫。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
圖1是實(shí)施例1中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
圖2是實(shí)施例2中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
圖3是實(shí)施例3中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
圖4是實(shí)施例4中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
圖5是實(shí)施例5中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
圖6是實(shí)施例6中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
圖7是對比例中無鉛焊錫合金在升溫過程中的差示掃描量熱(DSC)曲線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其各重量百分比組成為1.5％的Ag、0.5％的Cu、0.5％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法如下先按如下重量取各原料1.5重量份的Ag、0.5重量份的Cu、0.5重量份的Ni、0.01重量份的Bi、0.01重量份的P、97.28重量份的Sn。
在真空中頻感應(yīng)熔煉爐中以70∶30的重量百分比例制備Sn-Ag合金，升溫至1100℃并保溫30分鐘，出爐冷卻鑄成錫銀合金錠。
在真空中頻感應(yīng)熔煉爐中以70∶30的重量百分比例制備Sn-Cu合金，升溫至1200℃并保溫30分鐘，出爐冷卻鑄成錫銅合金錠。
在真空中頻感應(yīng)熔煉爐中以95∶05的重量百分比例制備Sn-Ni合金，升溫至1600℃并保溫30分鐘，出爐冷卻鑄成錫鎳合金錠。
在真空中頻感應(yīng)熔煉爐中以80∶20的重量百分比例制備Sn-Bi合金，升溫至500℃并保溫30分鐘，出爐冷卻鑄成錫鉍合金錠。
在真空中頻感應(yīng)熔煉爐中以99∶01的重量百分比例制備Sn-P合金，升溫至500℃并保溫30分鐘，出爐冷卻鑄成錫磷合金錠。
將Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ni、Sn-Bi中間合金再加上剩余的錫，加入中頻感應(yīng)熔煉爐的石墨坩堝內(nèi)加熱升溫至500℃保溫30分鐘，將熔煉的焊錫合金從500℃降溫至350℃并加入Sn-P中間合金，攪拌均勻，出爐，在錫條機(jī)上冷卻澆鑄得到該SnAgCuNi系無鉛焊錫合金。
采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖1，從圖中看出，該無鉛焊錫合金的熔化溫度中，固相線和液相線溫度分別為216.0℃和224.7℃。采用該焊錫合金進(jìn)行PCB板元件焊接實(shí)驗(yàn)，其具有良好的潤濕性能和抗氧化性能，其機(jī)械性能優(yōu)于現(xiàn)有含鉛錫焊合金的國家標(biāo)準(zhǔn)。。
實(shí)施例2 該無鉛焊錫合金的重量百分比組成為2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)，其制備方法同實(shí)施例1。
采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖2，從圖中看出，該無鉛焊錫合金的熔化溫度中，固相線和液相線溫度分別為220.3℃和221.8℃。采用該焊錫合金進(jìn)行PCB板元件焊接實(shí)驗(yàn)，其具有良好的潤濕性能和抗氧化性能，其機(jī)械性能優(yōu)于現(xiàn)有含鉛錫焊合金的國家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3 該無鉛焊錫合金的重量百分比組成為2.0％的Ag、0.5％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法同實(shí)施例1，焊錫合金中不加入Sn-Bi中間合金。
采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖3，從圖中看出，該無鉛焊錫合金的熔化溫度中，固相線和液相線溫度分別為221.8℃和223.3℃。采用該焊錫合金進(jìn)行電路元件焊接實(shí)驗(yàn)，其具有良好的潤濕性能和抗氧化性能，其機(jī)械性能優(yōu)于現(xiàn)有含鉛錫焊合金的國家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例4 該無鉛焊錫合金的重量百分比組成為2.0％的Ag、0.8％的Cu、0.1％的Ni、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法同實(shí)施例1，焊錫合金中不加入Sn-Bi中間合金。
采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖4，從圖中看出，該無鉛焊錫合金的熔化溫度中，固相線和液相線溫度分別為219.7℃和222.3℃。采用該焊錫合金進(jìn)行電路元件焊接實(shí)驗(yàn)，其具有良好的潤濕性能和抗氧化性能，其機(jī)械性能優(yōu)于現(xiàn)有含鉛錫焊合金的國家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例5 該無鉛焊錫合金的重量百分比組成為2.5％的Ag、0.1％的Cu、0.01％的Ni、0.01％的Bi、0.01％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法同實(shí)施例1。
采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖5，從圖中看出，該無鉛焊錫合金的熔化溫度中，固相線和液相線溫度分別為217.2℃和224.4℃。采用該焊錫合金進(jìn)行電路元件焊接實(shí)驗(yàn)，其具有良好的潤濕性能和抗氧化性能，其機(jī)械性能優(yōu)于現(xiàn)有含鉛錫焊合金的國家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例6 該無鉛焊錫合金的重量百分比組成為2.5％的Ag、0.8％的Cu、0.2％的Ni、0.01％的Bi、0.03％的P，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。其制備方法同實(shí)施例1。
采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖6。從圖中看出，該無鉛焊錫合金的熔化溫度中，固相線和液相線溫度分別為220.7℃和222.6℃。采用該焊錫合金進(jìn)行電路元件焊接實(shí)驗(yàn)，其具有良好的潤濕性能和抗氧化性能，其機(jī)械性能優(yōu)于現(xiàn)有含鉛錫焊合金的國家標(biāo)準(zhǔn)。
對比例 該無鉛焊錫合金的重量百分比組成為Ag3.0％、Cu0.5％，其余為Sn。其制備方法是采用實(shí)施例1的方法得到Sn-Ag和Sn-Cu中間按合金，然后采用實(shí)施例1的方法混熔得到該無鉛焊錫合金。采用熱分析儀器對制備的無鉛焊錫合金進(jìn)行熱分析，得到差示掃描量熱(DSC)曲線見附圖7。
將上述實(shí)施例1至實(shí)施例6以及對比例中所制造的無鉛焊錫合金進(jìn)行各項(xiàng)性能測試，其熔點(diǎn)、鋪展率、延伸率、抗拉強(qiáng)度如下表所示 在研究說明書后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解本發(fā)明的許多改變、修改、變化以及其他用途和應(yīng)用。不背離本發(fā)明宗旨和范圍的所有這些改變、修改、變化以及其他用途和應(yīng)用，均被認(rèn)為由本發(fā)明所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為1.5-2.5％的Ag0.1-0.8％的Cu0.01-0.5％的Ni0.001-0.1％的P0-0.01％的Bi以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為1.5％的Ag0.8％的Cu0.5％的Ni0.01％的Bi0.01％的P以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.0％的Ag0.5％的Cu0.01％的Ni0.01％的Bi0.01％的P以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.0％的Ag0.5％的Cu0.2％的Ni0.01％的P以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.0％的Ag0.8％的Cu0.1％的Ni0.03％的P以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.5％的Ag0.1％的Cu0.01％的Ni0.01％的Bi0.01％的P以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為2.5％的Ag0.8％的Cu0.2％的Ni0.01％的Bi0.03％的P以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
一種SnAgCuNi系無鉛焊錫合金，其特征在于，其組成按重量百分比計(jì)為1.5－2.5％的Ag、0.1－0.8％的Cu、0.01－0.5％的Ni、0.001－0.1％的P、0－0.01％的Bi，以及余量的Sn和不可避免的雜質(zhì)。該SnAgCuNi系無鉛焊錫合金不含有任何鉛的成分，更為環(huán)保；其熔點(diǎn)在220℃左右，和SnAgCu焊錫相當(dāng)；熱、電學(xué)性能與傳統(tǒng)合金相當(dāng)，而且潤濕性良好，以及焊點(diǎn)的抗拉強(qiáng)度、韌性、延展性和抗蠕變性能等機(jī)械性能與錫鉛合金相當(dāng)；成本較低，可替代現(xiàn)有錫鉛焊錫。
文檔編號C22C1/03GK101058133SQ20071004168
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者陳躍華, 林俊 申請人:上海華實(shí)納米材料有限公司