[发明专利]含Pr、Ga、Se的低银Sn-Ag-Cu无铅钎料

说明书

技术领域

本发明涉及一种含Pr、Ga、Se的低银Sn-Ag-Cu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 aPr 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-Ag-Cu基础上开发出了“含Pr、Ni、Ga的Sn-Ag-Cu无铅钎料”（中国发明专利， CN101537546）、“ 含Pr、Li、As、In的Sn-Ag-Cu无铅钎料”（中国发明专利， CN101579790）、“含Pr、Zr、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料”（中国发明专利，CN101579789）以及“含Pr、Ni、Co的Sn-Ag-Cu无铅钎料”（中国发明专利， CN101537547）等多种“多元合金体系”的Sn-Ag-Cu钎料，它们与三元Sn-Ag-Cu合金相比在许多性能上有所改善，但是他们均有一个明显的“弱点”，即它们的银含量均在0.5％～4.5％，无论与Sn-Cu、Sn-Cu-Ni以及Sn-Zn钎料相比，还是与传统的Sn-Pb钎料相比，原材料成本均高出许多。由于白银是世界性“紧缺性”贵金属，除了自身价格高以外，其价格波动也很大，因此，研究发明低银、超低银的Sn-Ag-Cu无铅钎料以满足低成本、高品质制造的需要，是近年来的“热点课题”。本项发明“含Pr、Ga、Se的低银Sn-Ag-Cu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银含量低，润湿性能优良，钎缝力学性能良好，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-Ag-Cu无铅钎料。

为达到本发明的目的，本发明的含Pr、Ga、Se的低银Sn-Ag-Cu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：0.01~0.5%的Ag，0.02~1.0%的Cu，0.001~0.5%的Pr，0.003~1.5% 的Ga，0.001~0.5%的Se，余量为Sn；其中Cu与Ag的添加量质量比满足Cu：Ag = 2：1；Ga与Pr的添加量质量比满足Ga：Pr = 3：1。采用常规方法制备钎料，即使用市售的锡锭、银板、电解铜、金属镓、金属镨、元素硒，各种金属原料按需要配比，冶炼时加入经优化筛选确定的市售“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。

附图说明

图1：配合市售免清洗助焊剂（即钎剂）在不同试验温度条件下，在Ga含量与Pr含量保持Ga：Pr = 3：1的前提条件下，不同含量的Pr对 Sn0.35Ag0.7Cu无铅钎料润湿时间的影响。

  图2：配合市售水溶性助焊剂（即中等活性钎剂，RMA钎剂）在不同试验温度条件下，在Ga含量与Pr含量保持Ga：Pr = 3：1的前提条件下，不同含量的Pr对 Sn0.35Ag0.7Cu无铅钎料润湿时间的影响。

图3：配合市售水溶性助焊剂，在Ga含量与Pr含量保持Ga：Pr = 3：1的前提条件下，最佳含量的Sn0.35Ag0.7Cu0.1 Pr（Ga含量为0.3wt.%）在不同试验温度下与Sn3.8Ag0.7Cu无铅钎料润湿性能（润湿时间）结果对比。

具体实施方案