[发明专利]一种低熔点Sn-Ag-Cu无铅钎料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属焊料技术领域，是对现有技术进行改进，具体地说是涉及一种低熔点Sn-Ag-Cu无铅钎料及其制备方法。

背景技术：

目前，随着国际范围内在电子、轻工等领域限制或禁止使用铅的呼声日渐高涨，无铅钎料的研究已经取得了一系列的进展，但实际上还没有一种绿色钎料能够直接替代传统Sn-Pb钎料，主要问题包括：(1)熔点方面，目前无铅钎料的熔点多偏高，应尽量接近Sn-Pb共晶熔点(183℃)；(2)工艺性能的不足，应该配合新型焊剂的开发(包括免清洗剂)，解决目前无铅钎料润湿铺展性能普遍不如Sn-Pb钎料的问题；(3)力学性能较差，新研制的无铅钎料应有较高的强韧性及组织稳定性，可抗蠕变、抗热疲劳、抗短时机械过载能力，克服传统Sn-Pb钎料强度低，组织不稳定，在室温环境下与基体界面产生金属间化合物并长大而导致接头脆化的不足；(4)物理性能方面，作为电器连接件的钎料，应有良好的导电性和导热性，可抑制接头过度发热，从而提高电器结构件的可靠性。

因此，开发新的无铅钎料合金并对其性能和机制进行全面研究，进而推向产业化，依然是无铅钎料的热点和重点。必须强调的是目前广为使用的共晶型Sn-Ag-Cu和Sn-Cu等所有无铅钎料，虽然弹性模量、屈服强度、抗蠕变性能可能高于或相当于Sn-Pb焊料，但熔点较高，延伸率相对较低，而且其润湿性能均低于Sn-Pb焊料，在焊接性、接头机械性、可靠性、价格等方面仍有一定的局限性。若新型无铅钎料更接近于传统的Sn-Pb共晶焊料的熔点，并具有更好的焊接性、接头机械性和可靠性，则原有的Pb-Sn焊接设备可以继续使用，对无铅元器件的技术要求也大大降低，从而大大降低了电子产业无铅化的成本和难度，对无铅化产业的发展具有重要意义。

美国专利(US 6,824,039B2，2004.)表明Sn-Ag-Mg能形成三元共晶合金，共晶点温度为188.6℃，与传统63Sn-37Pb共晶合金温度(183℃)比较接近。长期以来由于容易氧化的原因，Mg对无铅钎料的有益作用被忽视。事实上，Sn-Ag系焊料的润湿性比Sn-Pb钎料润湿性能差，这与Ag的表面张力较高有关，Ag的表面张力(0.93N/m)大于Sn和Pb的表面张力(分别为0.55N/m和0.48N/m)。而Mg表面张力与Sn接近，为0.545N/m左右，且熔点较低(649℃)，热膨胀系数为26×10^-6/℃，也与Sn相当(23.5×10^-6/℃)。此外，由于Mg的密度小，可以显著提高Sn-Ag钎料的比容，减少单位体积钎料的用量；Mg具有良好的导电、导热等物理性能，完全可以满足电子组装对钎料的要求。同时，有研究表明，在无铅钎料中添加少量的稀土元素能降低液态钎料的表面张力，提高钎料的润湿性。但目前关于含Mg无铅钎料的组织和性能的研究鲜有报道，Mg、Re联合作用的效果更未见报道。

发明内容：

技术问题：为了克服上述现有技术存在的不足和问题，本发明的目的是通过添加微量Mg、Re元素，改变Sn-Ag-Cu钎料合金的组织，提供一种熔点为200-205℃，熔化温度范围＜30℃，具有良好的润湿性、抗氧化能力及导电性，焊接性、稳定性的低熔点Sn-Ag-Cu无铅钎料。

技术方案：为了实现上述目的，本发明解决其技术问题的技术方案是：一种低熔点Sn-Ag-Cu无铅钎料，按质量百分比由以下组分组成：Ag为2.0-5.0％，Cu为0.1-1.5％，Mg为0.05-1.50％，La为0-0.60％，其余为Sn。上述的Ag的纯度为99.90％；

上述的Cu的纯度为99.90％；

上述的Mg的纯度为99.95％；

上述的La的纯度为99.95％；

上述的Sn的纯度为99.99％。

本发明解决其技术问题的另一个技术方案是，一种低熔点Sn-Ag-Cu无铅钎料的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)按质量百分比称量组分：Ag为2.0-5.0％，Cu为0.1-1.5％，Mg为0.05-1.50％，La为0-0.60％，其余为Sn；

(2)将等质量的NaCl与KCl进行混合，配制得到保护熔剂；

(3)在坩埚中预热保护熔剂，然后将Sn、Ag、Cu加入坩埚中待用；

(4)熔炼炉升温到660℃之后，将上述坩埚放入熔炼炉中，同时将熔炼炉温度升高到1100℃，保温15分钟后取出空冷，获得Sn-Ag-Cu中间合金；