[发明专利]无铅锡焊料

说明书

本发明涉及焊料合金，特别是无铅焊料合金，主要用于电子行 业的无铅化组装和封装。

背景技术

熔断器是用来作为过载和短路保护用的电器，保护设备和电器 的安全使用，广泛应用于电气安装、供电行业、设备制造和工业控 制系统等领域。镀镍铜帽是熔断器的重要构成部分，其封装质量的 优劣决定着熔断器的品质。传统的熔断器镀镍铜帽封装用焊料为锡 铅焊料，然而近几年来，人们越来越关注铅对环境的污染和对身体 健康的损害，世界各国相继出台一系列法令和法规来防止电子产品 所带来的生态问题，限制铅在电子产品中的使用。在无铅化绿色制 造这一大趋势下，熔断器镀镍铜帽也已经开始了无铅化封装。

目前已开发出的无铅焊料主要有Sn-Ag，Sn-Cu，Sn-Zn和 Sn-Ag-Cu等，并通过添加Ag、Cu、P、Ni、In、Bi等元素获得 不同性能的系列产品。如千住金属工业株式会社的JS3027441专利 和艾奥瓦州立大学的US5527628专利，分别公开了各自的Sn-Ag-Cu 系列无铅焊料；松下电器产业株式会社的CN1087994C专利和北京 工业大学的CN1586793A专利申请公开了各自开发的锡锌系列无铅 焊料；千住金属工业株式会社的CN1496780A专利申请公开了一种 锡铜系列无铅焊料；韩国三星电机株式会社的CN1040302C、 CN1040303C专利和CN1139607A专利申请公开了锡铋系列无铅焊 料等。

虽然无铅焊料的种类较多，但目前适用、并应用于镀镍铜帽封 装的无铅焊料是Sn-0.7Cu焊料。虽然在现有无铅焊料中，Sn- 0.7Cu焊料对镀镍铜帽的封装工艺适用性相对较高，成本也较低， 但其对镀镍铜帽的焊接性仍然较差；Sn-0.7Cu焊料熔化温度较低 (227℃)，封装过程中管壁溅锡现象严重；Sn-0.7Cu焊料凝固区 间窄，铜帽封装过程中的尺寸稳定性较差，上述这些原因导致镀镍 铜帽封装产品的成品率较低。

发明内容

本发明要解决已知技术中熔断器镀镍铜帽无铅封装时焊接性能 差、成品率低的问题，为此提供本发明的无铅锡焊料，这种焊料对 镀镍铜帽具有良好的的润湿性能，焊接能力强，可大幅提高产品成 品率。

为解决上述问题，本发明

特殊之处是以该焊料总重量计它由以下重量百分数的组分组 成：

Cu     0.9-5.0％

Sb     0.05-3.0％

Ag     0.1-4.0％

RE     0.002-0.5％

Sn    余量

本发明Cu的优选含量为2.0-4.0％，在此基础上本发明可以添 加占焊料重量0.01-0.8％的Ni。

本发明无铅锡焊料合金组成成份及其重量百分含量根据以下理 由确定：

添加合金元素Cu可提高焊料的力学性能和加大熔化温度区间。 然而Cu含量少于0.9％时，其作用不明显；而Cu含量超过5.0％时， 塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本发明无铅锡焊料Cu含量 选择在0.9-5.0％范围内，优选在2.0-4.0％范围内。

添加合金元素Ag可降低焊料熔点，提高焊料的润湿性能，并 通过生成弥散分布的锡银金属间化合物来提高焊料的强度。当Ag 含量少于0.1％时，其作用不明显；然而Ag含量大于4.0％时，焊 料合金塑性较差，并且Ag含量过多会导致生产成本的迅速上升。 本发明无铅锡焊料Ag含量选择在0.1-4.0％范围内。

添加合金元素Sb可提高焊料对镀镍铜帽的润湿性能，并可进 一步提高焊料强度。Sb含量少于0.05％时，这些作用不明显；然而 Sb含量超过3.0％时，其对焊料润湿性能的改善程度趋于稳定，且 焊料变硬，塑性校差，难以进行拔丝等机械加工。本发明无铅锡焊 料Sb含量选择在0.05-3.0％范围内。

添加合金元素Bi可降低焊料熔化温度，提高润湿能力。Bi含 量少于0.05％时，其作用不明显。然而Bi含量超过3.5％时，合金 塑性较差，难以进行拔丝等机械加工。本发明无铅锡焊料Bi含量选 择在0.05-3.5％范围内。