[发明专利]含Pr、Ga、Se的Sn-Zn无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种含Pr、Ga、Se的Sn-Zn无铅钎料，属于金属材料类及冶金领域的钎焊材料。主要用于电子行业元器件的组装及封装，是一种钎焊性能（如润湿性能）良好、焊点（钎缝）力学性能优良的新型绿色、环保型无铅钎料。

背景技术

随着RoHS（The Restriction of the Use of certain Hazardous Substance in Electrical and Electronic Equipment）指令的生效，锡铅钎料的替代问题一直是电子行业技术人员研究的热点。目前具有代表性的无铅钎料有Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Cu-Ni等合金系，各有所长，但是和锡铅钎料相比，在钎料成本、钎料熔点方面等仍有一定的差距。Sn-Zn系钎料熔点、原材料成本均低于Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Cu-Ni系钎料，特别是Sn-Zn钎料熔点非常接近锡铅钎料，但是由于Sn-Zn系钎料润湿性能较差，因此目前还难以应用于工业化生产，仍需研究改进。

近年来国内外在Sn-Zn基础上开发出了“Sn-Zn-Ga-Ce无铅钎料”（中国发明专利，CN101269446）、“一种锡锌基无铅钎料合金”（中国发明专利，CN101585120）、“一种Sn-Zn系无铅钎料合金及其制备方法”（中国发明专利，CN101058131）以及“锡锌基含稀土元素的无铅钎料合金”（中国发明专利，CN1390672）等多种“多元合金体系”的Sn-Zn钎料，它们与二元Sn-Zn合金相比在某些性能上有所改善，但在综合性能上还是不如传统的Sn-Pb钎料，因此，Sn-Zn系钎料仍需进一步改进。本项发明“含Pr、Ga、Se的Sn-Zn无铅钎料”，即是在这种技术背景下完成的。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗氧化性能强，润湿性能良好，钎缝力学性能优良，适用于电子行业波峰焊、再流焊、浸焊、手工焊等焊接方法的Sn-Zn系无铅钎料。

为达到本发明的目的，本发明的含Pr、Ga、Se的Sn-Zn无铅钎料，经过优化后确定的化学成分按质量百分数配比为：6.0 ~ 10.5%的Zn，0.005 ~ 0.5%的Pr，0.005~ 1.5% 的Ga，0.001~ 0.3%的Se，余量为Sn。

采用常规方法制备钎料，即使用市售的锡锭、锌锭、金属镓、金属镨、银灰色金属硒，各种金属原料按需要配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”或采用“惰性气体”保护进行冶炼、浇铸，可得到棒材。通过挤压、拉拔，即得到丝材(也可加入助焊剂，制成“药芯焊丝”)。铅（即Pb）元素作为锡锭、电解铜等原材料中的“杂质元素”，总量（质量百分数）控制在Pb≤0.1 wt.%范围内，以满足符合中华人民共和国国家标准GB/T 20422-2006《无铅钎料》的规定（标准中规定Pb≤ 0.1wt.%）。

考虑到金属镓熔点低，金属镨熔点高且极易氧化，根据生产需要也可将金属镓、金属镨预先冶炼成中间合金，以Sn-Ga和Sn-Pr的形式加入，以保证镓和镨在钎料中成分的准确性。

金属硒准确地说应该是非金属元素。但是它的“形态”多样，两种无定性态（一种为红色，一种为黑色）、两种红色单斜晶形态（a-Se，b-Se都是由Se₃组成）硒都不稳定，不利于保存和生产时准确添加。而银灰色金属硒很稳定，其熔点约为217℃，沸点约为685℃，密度约为4.79，在Sn-Zn钎料冶炼时，较容易准确添加。

本发明过程使用的硒均为银灰色金属硒。本发明的钎料组织均匀，易于加工成各种形状，如条状、棒状、丝状、焊球，以适应不同生产条件的需要。

附图说明

附图1  本发明实施例与Sn-9Zn钎料的性能对比试验数据。

具体实施方案

与以往研究相比，本发明的创造性在于：

1）发现了可显著提高Sn-Zn钎料“抗氧化性能”的Se元素。

在本发明的试验过程中，研究发现，Se加入到Sn-Zn系无铅钎料中，可显著地提高Sn-Zn钎料的“抗氧化性能”。进一步研究发现，如果同时加入Pr和Ga元素，Sn-Zn钎料的“抗氧化性能”更加优良。通过优化Pr、Ga和Se以及Sn、Zn的化学成分，得到了“抗氧化性能”优良、对铜板润湿性能良好的Sn-Zn-Pr-Ga-Se无铅钎料（参见附图1）。由于Pr、Ga、Se的加入量很少，新发明的钎料熔点低于或等于Sn-Zn二元合金的熔点。