[发明专利]一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法

说明书

本发明属于钎料合金领域，公开了一种Sn‑Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法。所述钎料合金由Sn、Bi、Ag、Cu组成，钎料合金中各组分按质量百分比计为：Bi 40％，Ag 0.5％，0.5％≤Cu≤1.5％，余量为锡。其制备方法为：将纯Sn完全熔化后加入纯Bi粒搅拌熔炼，然后加入Sn‑20Ag、Sn‑20Cu合金搅拌熔炼均匀，保温后加入松香去除氧化皮残渣，浇铸，得到Sn‑Bi系低银无铅钎料合金。本发明通过在Sn‑40Bi合金基础上同时添加了Ag、Cu两种合金元素，显著降低了钎料熔程，且在润湿铺展性、钎料显微硬度方面得到了大幅度的提高。

技术领域

本发明属于钎料合金领域，具体涉及一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金及其制备方法。

背景技术

长期以来，Sn-Pb系列合金钎料，因具有成本低、力学性能好、导电性强、工艺性好等优点而被广泛用于汽车业、电子工业等领域。随着欧盟RoHS和WEEE指令的实施，电子产品无铅化已是全球化的趋势。在寻求Sn-Pb钎料替代品的过程中，运用较多的无铅钎料主要是SnAg系合金。Sn-3.5Ag二元共晶钎料合金有较高的力学性能，但熔点高达221℃，即使是运用广泛的Sn-Ag-Cu共晶钎料，共晶温度为217℃，超出锡铅共晶温度34℃，大大提升了组装温度，这就意味着对相应的焊接设备、工艺、电子元器件及基板材料的耐温性能等一系列系统化工程提出了严峻的挑战。

Sn-58Bi共晶合金钎料的熔点低(139℃)，适用于低温钎焊，具有较好的力学性能以及蠕变性，广泛运用于LED封装、散热器以及热敏元器件贴装等领域。但是，Bi相的脆性、Sn-Bi钎料在服役过程中出现Bi相的粗化以及Bi元素在焊点界面处的偏聚等问题，严重降低了焊点的剪切强度和抗跌落冲击寿命，给电子产品的服役可靠性带来极大的安全隐患。然而，在目前的研究当中，能够全面改善Sn-Bi系钎料合金综合性能的研究成果还很少。如中国专利CN106695151A公开的一种低熔点无铅钎料，通过降低Bi含量至16-18％，添加Ag、Fe等合金元素，来提高钎料的润湿铺展性，综合力学性能，但是该合金的熔点为178-192℃，同时的Bi含量远远偏于共晶点，使得熔融钎料在冷却过程中更容易形成Bi的偏析；中国专利CN101380700A公开的钎料在Sn-Bi-Cu的基础上添加0.05-0.5％的Zn，抑制焊接凝固过程中Bi元素的偏析，然而有研究报道，Zn元素的添加对钎料的润湿铺展性、力学性能均有降低作用。因此，非常有必要对现有的Sn-Bi系无铅焊料合金进行改进，研发出一种不容易发生Bi偏析及脆性断裂的Sn-Bi系新型合金。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金。

本发明的另一目的在于提供上述Sn-Bi系低银无铅钎料合金的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种Sn-Bi系低银无铅钎料合金，由Sn、Bi、Ag、Cu组成，所述钎料合金中各组分按质量百分比计为：Bi 40％，Ag 0.5％，0.5％≤Cu≤1.5％，余量为锡。

优选地，所述钎料合金中各组分按质量百分比计为：Bi 40％，Ag 0.5％，Cu0.5％，剩余为锡。

优选地，所述钎料合金中各组分按质量百分比计为：Bi 40％，Ag 0.5％，Cu 1％，剩余为锡。

优选地，所述钎料合金中各组分按质量百分比计为：Bi 40％，Ag 0.5％，Cu1.5％，剩余为锡。

上述Sn-Bi系低银无铅钎料合金的制备方法，包括如下步骤：

将纯Sn完全熔化后加入纯Bi粒搅拌熔炼，然后加入Sn-20Ag、Sn-20Cu合金搅拌熔炼均匀，保温后加入松香去除氧化皮残渣，浇铸，得到Sn-Bi系低银无铅钎料合金。

优选地，所述纯Sn的纯度为99.95％以上，纯Bi的纯度为99.9％以上。