[发明专利]含稀土元素的无铅焊料

说明书

本发明属于新材料技术中焊接材料领域，特别涉及到电子封装与组装、宇航、通信、汽车等钎焊焊料使用领域，主要用来替代锡铅焊料在电子组装与封装领域中的使用，并且作为焊接材料可满足宇航、通信及汽车等领域对高性能焊料的要求。

目前，Sn-37Pb合金是电子工业中电子封装与组装的最主要焊接材料。虽然其具有成本低廉、导电性好和力学、焊接性能优良等特点，但是Pb及含Pb物为有毒有害性物质，钎料在生产及使用过程中危害人体健康，焊接废弃物对环境有着极大的污染。随着环境保护法规的日趋完善和严格，禁止使用铅的呼声日趋高涨。同时，电子工业的迅速发展以及组装与封装技术不断进步，对焊料的性能要求不断提高。在倒装片焊压技术、球栅陈列封装等微钎焊技术中，微焊头焊点同时充当机械连接和电连接通道作用，这对其可靠性要求很高。传统的铅锡焊料抗蠕变性能及疲劳性差，已不能满足当前需求。

在当前的无铅焊料中，Sn-Ag系合金具有较好的应用前景，其综合性能比较优越。但它润湿性能较差，而且添加少量的In、Bi等合金化元素对其润湿性改善作用不明显。而且合金组织较粗大，分布不均匀。加入RE(混合稀土元素，主要包括Ce，La等元素及其氧化物)元素不但可以改善合金的润湿性，而且可以细化晶粒，显著提高Sn-Ag系合金的力学性能、焊接性能以及可靠性。无毒、无污染，是一种新型环保焊接材料。

本发明的目的是，提供一种含稀土元素的无铅焊料，以解决目前铅污染问题以及满足宇航、通信及汽车等领域对高性能焊料的要求。

本发明的技术方案是，在Sn-Ag、Sn-Bi-Ag、Sn-Ag-Cu、Sn-In-Ag、Sn-Ag-Bi、Sn-Bi-Ag-Cu合金中加入一定量的RE元素，来改善合金性能。即选用高Sn，低Ag，含一定RE元素，添加适量的Bi、Cu、In作为合金化元素来制备新型无铅焊料。

以下给出本发明的实施方案：

含稀土元素的无铅焊料的化学成分(％)如下：

(1)(0.5～5)Ag；(0.05～2)RE；余下含量为Sn及不可避免的杂质组成；

(2)(0.5～5)Ag；(0.05～2)RE；(1～10)Bi；余下含量为Sn及不可避免的杂质组成；Bi元素的加入来调整合金的熔点，进一步提高润湿性；

(3)(0.5～5)Ag；(0.05～2)RE；(0.5～2)Cu；余下含量为Sn及不可避免的杂质组成；Cu元素的加入来强化合金；

(4)(0.5～5)Ag；(0.05～2)RE；(1～20In)；余下含量为Sn及不可避免的杂质组成；In的加入来调整熔点；

(5)(0.5～5)Ag；(0.05～2)RE；(1～10)Bi；(0.5～2)Cu；余下含量为Sn及不可避免的杂质组成；Bi、Cu的加入来调整熔点，强化合金。

将上述按成分配好的原料放入工业用非真空感应炉或真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃～900℃的温度保温1～2小时，浇铸即可得到焊料合金。

本发明的效果和益处是，由于RE元素的加入使该焊料具有优良的润湿性；合金组织细化，具有优良的力学性能；优良的焊接性能及可靠性。该焊料无毒、无污染，能够满足当前电子、宇航、汽车等工业对高性能绿色环保焊料的要求。

以下详细叙述本发明的最佳实施方案：

(1)Sn-Ag-RE焊料，成分为(％)：(2～4)Ag；(0.4～0.8)RE；余量为Sn；

(2)Sn-Ag-Bi-RE焊料，成分为(％)：(2～4)Ag；(0.4～0.8)RE；(2～5)Bi；余量为Sn；

(3)Sn-Ag-Cu-RE焊料，成分为(％)：(2～4)Ag；(0.4～0.8)RE；(0.5～2)Cu；余量为Sn；

(4)Sn-In-Ag-RE焊料成分(％)：(2～4)Ag；(0.4～0.8)RE；(1～5)In；余量为Sn；

(5)Sn-Bi-Ag-Cu-RE焊料成分(％)：(2～4)Ag；(0.4～0.8)RE；(2～5)Bi；(0.5～2)Cu；余量为Sn。

将配好的成分，最好是块状或粒状，放入真空感应炉中冶炼，在常压下，850℃～900℃的温度保温1～2小时，浇铸即可得到焊料合金。得到的焊料合金可直接用于波峰焊，进一步加工成粉末，配以适当的焊剂，得到焊膏，可用于再流焊。