[发明专利]一种锡铜镍硒无铅焊料

说明书

                      技术领域

本发明涉及一种锡铜镍硒无铅焊料，属电子元器件焊接用合金材料的制备技术领域。

                     背景技术

目前无铅焊料主要有锡铜银合金和锡铜合金焊料，但锡铜银合金含有3.5％左右的银，其价格昂贵，且大部分无铅焊料的表面张力明显高于共熔的锡铅焊料，铺展性能较差。另外，大部分无铅焊料的熔融温度都比共熔锡铅合金的熔点高，导致熔融无铅焊料时的氧化可能性更高。波峰焊过程中，氧化性更高促进了渣滓的生成，增加了焊料的消耗。即便是采用惰性气体如氮气保护，由于焊接机械上的空气渗漏，氧化残渣仍然会形成。限制了无铅焊料的广泛使用。目前也有一些无铅焊料为了降低表面张力和提高抗氧化性能，在其中加磷，但磷是一种非常容易氧化的元素，熔点为59℃，沸点为280℃，沸点非常接近焊接所需的温度，因此在使用过程中磷会气化，降低了其作为降低表面张力和提高抗氧化性能的效果。

                      发明内容

本发明的目的是提供一种能有效提高其润湿性和焊点抗蠕变性能，改善抗氧化性能，降低材料成本，提高焊接性能和可靠性的锡铜镍硒无铅焊料。

本发明为一种锡铜镍硒无铅焊料，包括锡，铜等，其特征在于还同时包括镍，硒，各组份的组成按重量百分比计分别为：铜(Cu)0.5～5％，镍(Ni)0.01～0.2％，硒(Se)0.01～0.1％，总量不大于0.1％的杂质，其余为锡(Sn)，各组份的重量百分比总和为100％。

所述镍(Ni)的含量优选可为0.02～0.1％。所述硒(Se)的含量优选可为0.03％～0.07％。

所述杂质中各组份的组成按重量百分比计分别为：铁(Fe)≤0.02％，硅(Si)≤0.01％，铅(Pb)≤0.05％，镉(Cd)≤0.002％，铝(Al)≤0.02％。

本发明针对电子元器件对无铅焊料的性能要求，经优化设计及多次试验比较，通过在焊料组合物中加入微量镍和硒元素来改善焊料铺展性和细化合金晶粒，提高焊料抗氧化性能和抗蠕变性能，本发明可大幅度降低合金熔化状态下的表面张力，减少接触角，从而改善基材表面与无铅焊料润湿性，提高可焊性和焊接强度。同时减少表面氧化，使氧化性降至最低，焊料晶粒得到细化，改善了力学性能，使焊接后的产品结构更加稳定可靠，因而为电子元器件焊接提供一种新的无铅焊料选择。

本发明与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果：

1.硒(Se)的加入是本发明突出的实质性特点，加入硒后，其表面张力大幅度降低，润湿性增加，扩大了焊料在基材上的覆盖面积，提高了抗氧化能力。熔化时，焊料中的硒会部份聚集到焊料表面，可以减少各种焊接工艺中的缺陷，例如开口焊点、桥连或其它类似缺陷。同时硒的熔点为217℃，沸点为685℃，其熔点和沸点远高于磷，因此在使用过程中很少气化挥发，确保其降低表面张力和抗氧化的效果。另外加入硒后，还可使焊料晶粒细化，对温度的变化有更好的适应力，降低由于微应力而出现焊点破裂的可能性，同时含硒的焊料更耐腐蚀，有利于焊接的免清洗。但硒的加入量少于0.01％，其效果不明显，大于0.1％则其辅展率提高不明显，其优选含量为0.03％～0.07％。

2.镍(Ni)的加入，可细化凝固组织中的晶粒，有效改善焊料的力学性能，成倍提高抗蠕变性能。但如果镍(Ni)含量小于0.01％，其效果不明显，如果超过0.2％，其改善力学性能的效果也不明显，还会使焊料熔点升高，其优选含量可为0.02～0.1％。

3.其熔点与现有无铅焊料基本相同，意味着对使用锡铜合金及锡铜银合金等无铅焊料的企业而言，只需对现有设备的使用参数略作变动，即可实现无铅化焊接。

4.本发明由于不含稀有贵重金属，虽然镍和硒价格较高，但加入量很少，对其价格影响较小，可推进无铅化焊料的应用进度。

                  具体实施方式