[发明专利]一种铝软钎焊用抗腐蚀及抗氧化无铅焊料合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于铝软钎焊的无铅焊料合金。该钎料合金适用于电子封装等行业中将铝质结构或元件通过钎焊方式连接和固定在设定结构或框架上，所属技术领域为电子电气产品的软钎焊。

背景技术

随着电子和电器产品不断向小型化、轻量化、低能耗方向发展，要求所使用的材料应愈来愈轻，同时要求仍应具有良好的综合性能。虽然铜具有良好的导电性、导热性、耐蚀性以及优良的力学性能，已广泛应用于各种工业领域且随着经济的迅速发展而需求量越来越大，但其在自然界的蕴藏量不多，开采和加工成本高。因此，长期以来，人们一直希望在某些工业领域采用性能相近且蕴藏丰富的轻金属替代铜。铝及其合金具有密度小、质量轻、导热和导电性能良好(仅次于Ag、Cu、Au)、耐腐蚀性好、成本低等优点，无疑成为铜的最佳替代者。在汽车、舰船、航空航天、建筑等行业，铝及铝合金的应用已经非常广泛与成熟。随着铜价格持续攀升，在电子封装领域以铝代铜也越来越受到关注。电子封装中铝软钎焊技术有着广阔的应用前景，但也面临着不少问题，例如：钎焊时如何有效地去除铝表面致密而稳定的氧化膜，如何提高焊料与铝的钎焊接头的抗腐蚀性以及如何解决铝软钎焊工艺较复杂等问题。

现有应用于铝软钎焊的焊料主要有：Sn-Pb、Sn-Ag-Cu、Sn-Zn等系焊料。从Sn-Al相图以及Pb-Al相图来看，Sn与Al基本不互溶，在β-Sn固溶体中可以溶解原子百分数约为1％的Al，而Pb与Al几乎完全不能互溶。因此，Sn-Pb焊料在钎剂作用下与铝基板的润湿很好，但是钎焊接头的结合强度非常低(Sn和Pb与Al的固溶度极低，界面难形成化合物)。同时，Sn-Pb焊料合金与Al基板的电极电位相差很大，电化学作用引起的腐蚀问题很严重，例如，钎焊接头在3wt％盐水中浸泡数天后即发生破坏。另外，值得指出的是，随着全球环保意识的增强，各国已立法或颁布法规禁止含有毒性物质Pb的钎料的使用。Sn-Ag-Cu系无铅焊料是目前全球业界普遍认同的代替传统含铅焊料的首选，广泛应用于铜的软钎焊。铝软钎焊方面，Sn-Ag-Cu焊料由于含有一定量的Ag，采用该焊料钎焊铝基板后接头的抗腐蚀性比未添加Ag的焊料合金要提高很多。但该系合金与铝的互溶度小，且Ag与Al形成的金属间化合物在偏离铝基板的一侧，所以采用该系焊料钎焊铝基板后接头的强度及韧性稍差，钎焊接头的可靠性也有所降低。虽然采用Sn-Zn焊料钎焊铝基板后的钎焊接头具有很高的强度，但Sn-Zn焊料中由于Zn的易氧化特性，使得该焊料的抗氧化性以及其在铝基板的润湿性非常差，不利于该焊料的生产及应用。此外，Sn-Zn焊料与铝材的钎焊接头抗腐蚀也较差，一般常温下在3.0wt％盐水中浸泡不到一周即发生断裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有无铅钎料软钎焊铝材时的技术缺点，提供一种具有良好抗腐蚀及抗氧化的无铅焊料合金。

本发明一种铝软钎焊用抗腐蚀及抗氧化无铅焊料合金按重量百分比计包括以下成分：Zn 0.5～5.0％，Ag0.05～2.8％，Ga 0.05～0.8％，Al 0.01～0.5％，P 0.002～0.02％，Sn为余量。

进一步的，所述用于铝软钎焊的无铅钎料合金浇铸成钎料块或钎料条。

进一步的，所述用于铝软钎焊的无铅钎料合金加工成钎料丝、钎料箔片或钎料粉。

进一步的，该合金成分中的Al、Ga、P元素均采用Zn-Al、Sn-Ga及Sn-P中间合金。

一种如以上技术方案所述的铝软钎焊用抗腐蚀及抗氧化无铅焊料合金的生产方法，包括以下过程：

(1)将按比例称好的纯Sn锭放入熔炼炉中，熔炉升温至330～360℃，然后加入Ag并均匀搅拌15～25分钟；

(2)升高炉温，待熔炉的温度达到380～390℃时，按比例加入Al后并搅拌15～25分钟；

(3)待熔炉温度升到390～410℃，按比例加入抗氧化组分Ga及P并搅拌15～20分钟；

(4)将熔炉温降到330～360℃，按比例加入Zn并搅拌15～25分钟，捞渣、出炉该无铅焊料合金；

在上述(1)至(4)过程中，均采用搅拌器以320～360转/分钟的速度进行搅拌，以保证合金成分的均匀性。

进一步的，将该合金浇铸成钎料条或钎料。

进一步的，将该合金进一步加工成锡线或锡粉。

进一步的，所添加的Al、Ga、P元素均采用Zn-Al、Sn-Ga及Sn-P中间合金。

该铝软钎焊用抗腐蚀及抗氧化无铅焊料合金的熔化温度为198～225℃，在铝基板上润湿性良好且钎焊接头强度较高。

具体实施方式