[发明专利]一种锡锌铜镍无铅焊料

说明书

                      技术领域

本发明涉及一种锡锌铜镍无铅焊料，属电子元器件焊接用合金材料的制备技术领域。

                      背景技术

现有无铅焊料典型的是锡银系列合金，Sn3.5Ag是锡银共晶合金，具有最低的熔化温度221℃，但银价昂贵，而为了降低其熔化温度，可加入大量的铋(Bi)和/或铟(In)，但铋的加入使合金变得硬而脆，不仅使加工困难，而且使钎焊接头不能耐受冲击，易于开焊，而铟的加入，因其储量有限，价格高昂而使成本变得难以接受。

另一种传统的无铅焊料是锡锑系列合金，在锡锑合金中，Sn5Sb具有最低的熔化温度，但其固相线为235℃，液相线为240℃，降低熔点的办法和带来的弊端与锡银合金系列完全一样。

                      发明内容

本发明的目的是提供一种能有效提高焊接性能和电子元器件电气机械性能的锡锌铜镍无铅焊料。

本发明为一种锡锌铜镍无铅焊料，包括锡，锌，铜等，其特征在于还同时包括镍，各组份的组成按重量百分比计分别为：锌(Zn)2～6.5％，铜(Cu)0.5～3.5％，镍(Ni)0.01～1％，总量不大于0.2％的杂质，其余为锡(Sn)，各组份的重量百分比总和为100％。

所述锌(Zn)的含量优选可为5～6％。所述铜(Cu)的含量优选可为0.5～2.5％。所述镍(Ni)的含量优选可为0.05～0.5％。

所述杂质中各组份的组成按重量百分比计分别为：锑(Sb)≤0.05％，铁(Fe)≤0.05％，铋(Bi)≤0.05％，铝(Al)≤0.05％，铅(Pb)≤0.04％，镉(Cd)≤0.002％，砷(Cs)≤0.02％。

锡锌合金作为一种无铅焊料，其强度随着锌含量的增加而提高。如果Zn的含量低于2％或高于9％，合金的液相线温度都会迅速升高。据研究，在锌含量为6.5％时，其合金具有较好的焊接性能。所以，本发明确定锌的含量为2％～6.5％，优选含量为5～6％。

在锡锌合金中加入铜，可以改善其机械强度和延伸性，同时，铜的加入可以抑制铜箔或铜导线中铜向钎焊合金的熔出，从而使钎焊合金在采用浸焊工艺时，保持其成份的稳定，并且使焊接接头产生一个合理的铜的浓度梯度，改善其导电性能，铜的加入还改善了整个无铅焊料的导电、导热性能。但当铜的加入量少于0.5％时，效果不够显著，而Cu含量过大时，由于脆性锡铜化合物的产生，反而导致合金强度降低，当Cu含量大于3.5％时，又使合金的熔点急剧升高，所以，本发明确定铜的含量为0.5～3.5％，优选含量为0.5～2.5％。

在锡锌合金中加入镍，可细化合金凝固组织中的晶粒，有效改善Sn-Zn合金中的力学性能，提高抗蠕变性能。但如果Ni含量小于0.01％，其效果不明显，如果Ni含量大于1％，合金的液相线急剧升高，使钎焊温度升高，从而使电子元件遭受热损伤，所以本发明确定镍(Ni)的含量为0.01～1％，优选含量为0.05～0.5％。

杂质含量的控制：锡锌铜镍合金中含有锑，将严重影响合金的加工性能，使合金变脆，断后延伸率下降，因而应限制在0.05％以下；铁的存在，将产生硬脆相的金属间化合物，同样严重影响合金的机械性能和可加工性能，应限制在0.05％以下；铋的存在虽然可降低合金熔点，但对合金的可加工性产生不良影响，同样限制在0.05％以下；铝的存在使合金可焊性下降，氧化物夹杂增加，应限制在0.05％以下；铅、镉和砷都是剧毒物质，本发明作为无铅焊料，本身就是为了避免铅对人体的毒害，同样不能允许镉和砷的大量存在，对这三种成份的限制按重量百分比为铅(Pb)≤0.04％、镉(Cd)≤0.002％、砷(Cs)≤0.02％，而上述杂质的总和应≤0.2％。

本发明针对电子元器件对无铅焊料的性能要求，经优化设计及多次试验比较，通过在焊料组合物中加入微量镍，使之具有以下突出优点和积极效果：1、优选组分液相线温度低于225℃；2、良好的可焊性；3、固液相线的温度差不超过20℃，使其在钎焊后可以较快的凝固，以防止在凝固过程中受到振动致使钎焊接头开裂；4、足够的延伸性，易于加工；5、不含贵重金属银，价格相对较低。

                    具体实施方式

以下实施例中各组份的组成按重量百分比计，分别为：

实施例1：锌(Zn)5％、铜(Cu)1％、镍(Ni)0.05％，其余为锡(Sn)及总量不大于0.2％的杂质。