一种高强度锡镉系无铅焊料合金及其制备方法

摘要

本发明提供一种高强度锡镉系无铅焊料合金及其制备方法，该合金材料具有低熔点和高的铺展性能，而且抗拉强度高，因此该合金具有良好的焊接性。其制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该高强度锡镉系无铅焊料合金，其特征是：Cd为20-40wt％，Bi为0.01～0.03wt％，Sb为0.01～0.03wt％，Sr为0.01～0.03wt％，La为0.01～0.03wt％，余量为Sn。

权利要求

1.一种高强度锡镉系无铅焊料合金，其特征是该合金的具体制备过程如下：首先按照质量百分含量：Cd为20-40wt％，Bi为0.01～0.03wt％，Sb为0.01～0.03wt％，Sr为0.01～0.03wt％，La为0.01～0.03wt％，余量为Sn的合金成分进行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为

450-480℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为380-400℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带。

2.根据权利要求1所述的一种高强度锡镉系无铅焊料合金，其特征是：所述坩埚底部孔的直径为1mm；转轮轮缘的旋转线速度为12～14m/s。

说明书

一种高强度锡镉系无铅焊料合金及其制备方法

[0001] 技术领域：

[0002] 本发明属于金属材料领域，涉及一种高强度锡镉系无铅焊料合金及其制备方法及其制备方法。

[0003] 背景技术:

[0004] CN200810226519.6号发明涉及一种低成本无铅焊料，特别涉及一种低成本锡锌铋铜无铅焊料及其所形成的焊点(或焊缝)，属于钎焊材料技术及应用领域。本发明焊料的组分及其质量百分比为：Zn：6.0-10.0％，Bi：1.0-3.0％，Cu：0.5-1.0％，余量为Sn。与Sn-Pb焊料和传统Sn-Zn焊料相比，该发明提供了一种无污染且易于焊接的无铅焊料合金。该焊料的优点一是熔点185-200℃，抗拉强度为92-94Mpa。铺展面积51-59（Cu:mm2/0.2g）。该合金的熔点偏高，并且合金的抗拉强度不够高。因此限制了合金的使用范围。

[0005] 发明内容：

[0006] 本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种高强度锡镉系无铅焊料合金，该合金材料具有低熔点和高的铺展性能，而且抗拉强度高，因此该合金具有良好的焊接性。

[0007] 本发明的另一目的是提供一种高强度锡镉系无铅焊料合金制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0009] 一种高强度锡镉系无铅焊料合金，其特征是：Cd为20-40wt％，Bi为0.01～0.03wt％，Sb为0.01～0.03wt％，Sr为0.01～0.03wt％，La为0.01～0.03wt％，余量为Sn。

[0010] 一种高强度锡镉系无铅焊料合金的制备方法，其特征是：首先按照上述合金成分进行 配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为450-480℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为380-400℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部直径为1mm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带；转轮轮缘的旋转线速度为12～14m/s。

[0011] 本发明相比现有技术具有如下有益效果：

[0012] 本发明的锡镉系可形成低熔点的共晶，本发明提供的无银的锡系无铅焊料熔点低于IC封装的耐热温度，接近于Sn-Pb共晶熔点（约180度），润湿、铺展性能优异，易于焊接；合金中的镉利于合金铺展性能的提高；

[0013] 镧和锶有对合金固溶强化的作用。锡镉锶可形成细小化合相强化合金，如形成Cd11Sr、SrSn5 、SrSn5，对合金起到强化作用。

[0014] 该焊料所形成的焊点(缝)，具有较好的结合强度和使用可靠性。

[0015] 本发明合金在凝固中，采用快淬方式冷却，可以有效保证化学成分的均匀分布，这样不仅保证了焊接工艺性能，也保证了合金的力学性能。

[0016] 本发明制备过程中，不使用贵重金属银，所取原料成本降低；另外合金经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。

[0017] 本发明合金具有熔点低、焊点强度高，且成本低的优点。因此使用的自由度更大,为扩大这种焊接方法的应用范围和进一步优化接头性能均提供了可能。因此，不仅具有良好的焊接性能、力学性能，更具有成本低廉的优势。该合金制备工艺简便，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明的合金性能见表1。

附图说明

[0018] 图1为本发明实施例一高强度锡镉系无铅焊料合金组织图。

[0019] 由图1可以看出，该材料组织致密。

具体实施方式

[0020] 实施例一：

[0021] 本发明高强度锡镉系无铅焊料合金的制备方法：

[0022] 首先按照Cd为20wt％，Bi为0.01wt％，Sb为0.01wt％，Sr为0.01wt％，La为0.01wt％，余量为Sn的合金成分进行配料。原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；
将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为460℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为390℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部直径为1mm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带；转轮轮缘的旋转线速度为12～14m/s。

[0023] 实施例二：

[0024] 高强度锡镉系无铅焊料合金的制备方法：

[0025] 首先按照Cd为40wt％，Bi为0.03wt％，Sb为0.03wt％，Sr为0.03wt％，La为0.03wt％，余量为Sn的合金成分进行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；
将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为460℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为390℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部直径为1mm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带；转轮轮缘的旋转线速度为14m/s。

[0026] 实施例三：

[0027] 高强度锡镉系无铅焊料合金的制备方法：

[0028] 首先按照Cd为30wt％，Bi为0.02wt％，Sb为0.02wt％，Sr为0.02wt％，La为0.02wt％，余量为Sn的合金成分进行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；
将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为470℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为400℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部直径为1mm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带；转轮轮缘的旋转线速度为12m/s。

[0029] 实施例四：（成份配比不在本案设计范围内实例）

[0030] 高强度锡镉系无铅焊料合金的制备方法：

[0031] 首先按照Cd为12wt％，Bi为0.005wt％，Sb为0.005wt％，Sr为0.004wt％，La为0.003wt％，余量为Sn的合金成分进行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为450-480℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为380-400℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部直径为1mm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带；转轮轮缘的旋转线速度为12m/s。

[0032] 实施例五：（成份配比不在本案设计范围内实例）

[0033] 高强度锡镉系无铅焊料合金的制备方法：

[0034] 首先按照Cd为50wt％，Bi为0.04wt％，Sb为0.05wt％，Sr为0.05wt％，La为0.003wt％，余量为Sn的合金成分进行配料，原料Cd、Bi、Sb、Sr、La、Sn的纯度均大于99.9％；将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为450-480℃，得到母合金，然后放入真空感应快淬炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为380-400℃，重熔管式坩埚的底部置于快淬炉转轮轮缘之上2-4mm处，将上述母合金置于管式坩埚内熔化，合金熔融后在氩气作用下从坩埚底部直径为1mm的孔中喷出与旋转的转轮边缘接触，形成厚度为250-350微米，宽度为3-6毫米的合金带；转轮轮缘的旋转线速度为14m/s。

[0035] 结合下表中各产品的性能参数：

[0036] 表1 各产品的性能参数

[0037]合金编号 合金成分 抗拉强度/Mpa 铺展面积（Cu:mm2/0.2g） 熔点、℃
对比合金 CN200810226519.6号申请制得的材料 92-94 51-59 185-200
产品1 实施例一制得的产品 95-97 60-62 185-186
产品2 实施例二制得的产品 96-98 65-67 184-185
产品3 实施例三制得的产品 98-100 64-66 180-181
产品4 实施例四制得的产品 90-92 57-59 187-188
产品5 实施例五制得的产品 88-90 60-62 188-189

[0038] 由上表可见， Cd、Bi、Sb、Sr、La加入量提高，抗拉强度、铺展面积都得到改善。但是加入量过多，所形成的化合物增多，会破坏合金的强度，并且影响合金的铺展性。产品4、5的性能数据表明，Cd、Bi、Sb、Sr、La加入量小于设计范围，达不到合金应有的抗拉强度和铺展性。加入量过高，化合物过多，会破坏合金的强度及铺展性。取值不在设计范围内，合金的熔点会升高。