[发明专利]一种锡铋银系无铅焊料合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属合金复合材料技术领域，特别是涉及一种锡铋银系无铅焊料合金及其制备方法。

背景技术

在焊料合金的发展过程中，锡铅焊料合金一直是最优质的、廉价的焊接材料，无论是焊接质量还是焊后的可靠性都能够达到使用要求；但是，随着人类环保意识的加强，“铅”及其化合物对人体的危害及对环境的污染越来越被人类所重视。2003年2月欧洲国家提出将逐步取缔铅及其他有毒元素的使用，以减少铅和卤素等有害成分对人类健康和生存环境的危害。在世界范围内保护环境的大趋势下，限制和禁止铅的使用，已经成为焊料合金发展的必然趋势，根据市场变化趋势适时生产与使用“无铅焊料合金”，会使企业更好地抓住市场机遇，提高企业竞争力，因此目前“无铅焊料合金”的研究正逐步成为全球性热点。

锡铋银系焊料合金是一种目前研究较多的无铅焊料合金，但在使用这种焊料合金焊接过程中会遇到金属间化合物对焊接性能及可靠性产生影响的问题。原因是绝大部分无铅焊料合金在生产过程中都有金属间化合物的析出，因此焊料合金与金属基板的界面反应将不可避免，而且随着多组元焊料合金的发展，新组元的加入，形成金属间化合物的可能性还会增加，同时还有可能引起已有金属间化合物形态结构的变化，从而导致焊料组织结构及相组成产生变化，这些都将严重地影响焊接性能，主要缺点表现在熔点较高，脆性及密度大，润湿性能较差，成本较高，结果导致综合性能不佳。因此，如何克服现有锡铋系焊料存在的缺点，是摆在本领域技术人员面前的重要课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种综合性能好的锡铋银系无铅焊料合金及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的锡铋银系无铅焊料合金是由锡、银、铋、锌和铟以5-15∶10-20∶15-20∶40-55∶1-5的重量比混合成金属合金混合物，然后经过真空熔炼和重炼，最后将重炼后的合金与锡、铋以2-10∶15-20∶65-75的重量比混合后再经真空熔炼而制成。

所述的锡、银、铋、锌和铟的纯度为99.99％。

所述的真空熔炼所采用的装置为高真空电弧熔炼炉。

所述的重炼所采用的装置为真空管式炉。

本发明提供的锡铋银系无铅焊料合金的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将纯度为99.99％的锡、银、铋、锌和铟以5-15∶10-20∶15-20∶40-55∶1-5的重量比混合成金属合金混合物；

2)将上述金属合金混合物放入高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度达到10-80kPa，同时电磁搅拌金属合金混合物，反复熔炼2-5次，每次0.5-3小时；

3)将上述熔炼后的金属合金混合物放入真空管式炉中，开始通入氩气，以1-10℃/min的速度升温到200-400℃，保温10-50min，然后以1-10℃/min的速度降至室温，以对金属合金混合物进行重炼；

4)将上述重炼后的金属合金混合物与锡、铋以2-10∶15-20∶65-75的重量比混合，然后放入高真空电弧熔炼炉中，抽真空至真空度达到10-80kPa，再次进行熔炼0.5-3h，即可制成所述的锡铋银系无铅焊料合金。

本发明提供的锡铋银系无铅焊料合金是在普通锡铋银系无铅焊料合金中加入了熔点和硬度低的适量铟，因此可以降低焊料合金的熔点和脆性，提高润湿性能、延展性，提高了合金焊料的综合性能，同时还可降低成本，因此具有广阔的应用前景。此外，本制备方法过程简单，并且使用设备较少。

附图说明

图1为本发明实施例制备出的锡铋银系无铅焊料合金主要晶粒状况示意图。

具体实施方式

铟(In)的熔点为156.6℃，是一种硬度比铅还低的银白色并略带淡蓝色的金属金属，可塑性强，由于其具有较低的熔点，因此加入焊料合金后可以降低焊料合金的熔点和脆性。另外，铟加入后可使焊料合金在基板的铺展面积增大，从而提高了焊料合金的润湿性能，同时使焊料合金的密度有所减小。此外，铟本身的熔化焓较低，这也可使焊料合金的熔化焓有一定程度的降低。由于铟原子与锡(Sn)原子序数接近，二者结构相近，在焊料合金熔化和回流焊过程中，铟会逐步替代金属间化合物中锡原子的位置，而形成Ag-Sn-In或者Cu-Sn-In类金属间化合物。加入少量铟后，铟可在基体中固溶，引起焊料合金的强化，因此也会使焊料合金的延展性得到一定程度的提高。因此采用在传统的锡铋银系焊料合金中加入适量铟可以提高合金焊料的综合性能，降低焊料合金成本的同时降低熔点，减少脆性，提高润湿性能，优化锡铋银系焊料合金的性能。