[发明专利]一种无铅焊料

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊料，特别涉及一种适合电子器件焊接与表面封装等钎焊焊料的无铅焊料。

技术背景

由于电子行业中传统使用的锡铅焊料中含有害物质铅，污染环境，有损操作人员的健康，随着人们环保意识的增强，依据欧洲RoHS制定的标准，使其逐渐被无铅环保焊料取代。

目前正在研究的无铅焊料主要有Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Zn几种系列：

(1)Sn-Ag系合金焊料

Sn-Ag系焊料是以96.5Sn-3.5Ag共晶焊料为基础，添加一定的In、Bi、Cu等金属组成。该焊料的优点：耐疲劳性明显地优于Sn-Pb共晶焊料，抗拉强度也比Sn-Pb焊料优越，蠕变性和延展性好。存在的主要问题：熔点偏高，价格昂贵。

(2)Sn-Cu系合金焊料

Sn-Cu共晶合金，Sn-0.7Cu熔点227℃，优点：相对于其它无铅焊料其成本最低，但明显的缺点是熔点过高，与传统焊接设备和焊接工艺不兼容。

(3)Sn-Bi系合金焊料

Sn-Bi系合金焊料组成为42Sn-58Bi，共晶温度为138℃。优点抗伸强度和蠕变性能都优于Sn-Pb共晶焊料，具有良好的润湿性和保存稳定性。缺点是Bi资源有限，价格高，且热稳定性不及Sn-Pb合金。

(4)Sn-Zn系合金焊料

该系焊料是以91Sn-9Zn共晶焊料为基础，添加适量的In、Bi、Ag等金属组成的焊料合金。优点：共晶温度为198℃，熔点与Sn-Pb共晶焊料最接近；抗伸强度和蠕变性比Sn-Pb共晶焊料优越；成本低，毒性小。缺点是易氧化，焊渣多，焊膏的保存稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铅焊料。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种无铅焊料，其特征在于它的组分及重量配比为：Zn 5～15％；Al 0～1.5％；Cu 0～2％；P 0～1％，余量为Sn。

本发明涉及的无铅焊料有以下三种配方(按重量％)：

(1)Zn 7～10％，Al 0.5～0.8％，余量为Sn。

(2)Zn 7～12％，Al 0.5～1.0％；Cu 0.5～1.5％，余量为Sn。

(3)Zn 7～14％，Al 0.5～1.2％；P 0.2～0.8％，余量为Sn。

本发明的有益效果是：

Sn-Zn系焊料熔点与传统的锡铅焊料接近，具有良好的力学性能，成本低，是替代锡铅焊料的理想型无铅焊料。但Sn-Zn系焊料中锌是一种易氧化元素，在空气中焊接时焊料熔体表面易于形成结构松散的Zno层，并漂浮在熔体表面，增加了合金表面的表面能，使得熔体表面张力较大，焊料难于与基体润湿，导致Sn-Zn系焊料易氧化、润湿性差、焊渣多、焊膏的保存稳定性差等。本发明是在Sn-Zn合金中加入Al，制备出氧化性能较好的Sn-Zn-Al三元共晶合金，共晶点188℃。实验证明，合金化时Al先于Sn和Zn氧化而在表面富集，生成稳定而致密的Al的氧化膜，从而提高了合金的抗氧化性能。

在Sn-Zn-Al三元共晶合金中加入一定量的Cu、P，可以提高Sn-Zn-Al合金的某些性能。由于Cu得加入降低了Zn的活性，减少了Zn在焊料熔体表面的氧化，降低了焊料熔体的表面张力，从而提高了焊料的润湿性；P的加入有利于抑制Sn-Zn系焊料熔体表面Zn的氧化，从而提高合金抗氧化性能。本发明的无铅焊料熔点与现有的Sn-Pb合金接近，且具有优良的抗氧化性能。该焊料显示出优越的综合性能，与现有设备和工艺有着良好的兼容性。

具体实施方式

下面对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。

本发明的特征在于它的组分及重量配比为：Zn 5～15％，Al  0～1.5％，Cu0～2％，P 0～1％，余量为Sn。

所述的无铅焊料，其特征在于它的组分及重量配比为：Zn 7～10％，Al 0.5～0.8％，余量为Sn。

所述的无铅焊料，其特征在于它的组分及重量配比为：Zn 7～12％，Al 0.5～1.0％，Cu 0.5～1.5％，余量为Sn。

所述的无铅焊料，其特征在于它的组分及重量配比为：Zn 7～14％，Al 0.5～1.2％，P 0.2～0.8％，余量为Sn。

本发明的无铅焊料可通过一般方法制备，先称重金属原料，熔融制备Zn-Al、Zn-Al-P、Sn-Cu等中间合金，再将Sn熔化，加入Zn-Al、Zn-Al-P、Sn-Cu等中间合金，搅拌，捞渣，待完全熔化后冷却，铸锭。上述操作可在空气中进行。