[发明专利]无铅锡焊料

说明书

本发明涉及焊料合金，特别是无铅焊料合金，主要用于电子行业的无铅化组装和封装。 

背景技术

熔断器是用来作为过载和短路保护用的电器，保护设备和电器的安全使用，广泛应用于电气安装、供电行业、设备制造和工业控制系统等领域。镀镍铜帽是熔断器的重要构成部分，其封装质量的优劣决定着熔断器的品质。传统的熔断器镀镍铜帽封装用焊料为锡铅焊料，然而近几年来，人们越来越关注铅对环境的污染和对身体健康的损害，世界各国相继出台一系列法令和法规来防止电子产品所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用。在无铅化绿色制造这一大趋势下，熔断器镀镍铜帽也已经开始了无铅化封装。 

目前已开发出的无铅焊料主要有Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Zn和Sn-Ag-Cu等，并通过添加Ag、Cu、P、Ni、In、Bi等元素获得不同性能的系列产品。如千住金属工业株式会社的JS3027441专利和艾奥瓦州立大学的US5527628专利，分别公开了各自的Sn-Ag-Cu系列无铅焊料；松下电器产业株式会社的CN1087994C专利和北京工业大学的CN1586793A专利申请公开了各自开发的锡锌系列无铅焊料；千住金属工业株式会社的CN1496780A专利申请公开了一种锡铜系列无铅焊料；韩国三星电机株式会社的CN1040302C、CN1040303C专利和CN1139607A专利申请公开了锡铋系列无铅焊料等。 

虽然无铅焊料的种类较多，但目前适用、并应用于镀镍铜帽封装的无铅焊料是Sn-0.7Cu焊料。虽然在现有无铅焊料中，Sn-0.7Cu焊料对镀镍铜帽的封装工艺适用性相对较高，成本也较低，但其对镀镍铜帽的焊接性仍然较差；Sn-0.7Cu焊料熔化温度较低(227℃)，封装过程中管壁溅锡现象严重；Sn-0.7Cu焊料凝固区间窄，铜帽封装过程中的尺寸稳定性较差，上述这些原因导致镀镍铜帽封装产品的成品率较低。

发明内容

本发明要解决已知技术中熔断器镀镍铜帽无铅封装时焊接性能差、成品率低的问题，为此提供本发明的无铅锡焊料，这种焊料对镀镍铜帽具有良好的的润湿性能，焊接能力强，可大幅提高产品成品率。 

为解决上述问题，本发明 

特殊之处是以该焊料总重量计它由以下重量百分数的组分组成： 

Cu    3.0-5.0％ 

Sb    0.05-1.5％ 

Bi    0.05-0.07％ 

Ag    0.1-0.15％ 

RE    0.002-0.25％ 

Sn    余量 

本发明无铅锡焊料合金组成成份及其重量百分含量根据以下理由确定： 

添加合金元素Cu可提高焊料的力学性能和加大熔化温度区间。然而Cu含量少于0.9％时，其作用不明显；而Cu含量超过5.0％时，塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本发明无铅锡焊料Cu含量选择在0.9-5.0％范围内，优选在2.0-4.0％范围内。 

添加合金元素Ag可降低焊料熔点，提高焊料的润湿性能，并通过生成弥散分布的锡银金属间化合物来提高焊料的强度。当Ag含量少于0.1％时，其作用不明显；然而Ag含量大于4.0％时，焊料合金塑性较差，并且Ag含量过多会导致生产成本的迅速上升。本发明无铅锡焊料Ag含量选择在0.1-4.0％范围内。 

添加合金元素Sb可提高焊料对镀镍铜帽的润湿性能，并可进一步提高焊料强度。Sb含量少于0.05％时，这些作用不明显；然而Sb含量超过3.0％时，其对焊料润湿性能的改善程度趋于稳定，且焊料变硬，塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本发明无铅锡焊料Sb含量选择在0.05-3.0％范围内。 

添加合金元素Bi可降低焊料熔化温度，提高润湿能力。Bi含量少于0.05％时，其作用不明显。然而Bi含量超过3.5％时，合金塑性较差，难以进行拔丝等机械加工。本发明无铅锡焊料Bi含量选择在0.05-3.5％范围内。 

添加RE元素能细化焊料合金的组织，提高焊料的力学性能。RE含量少于0.002％时，其作用不明显；然而RE含量超过0.5％时，RE易偏聚于晶界，导致合金力学性能较差。本发明无铅锡焊料RE含量选择在0.002-0.5％范围内。 

Ni与Cu可无限固溶，添加Ni元素既能细化焊料合金组织，又能提高焊料的塑性。Ni含量少于0.01％时，其作用不明显；Ni含量的加入会导致焊料熔点的升高，考虑镀镍铜帽封装温度的上限，Ni含量限制到0.8％。本发明无铅锡焊料Ni含量选择在0.01-0.8％范围内。