[发明专利]一种高温低溶铜率无铅焊料

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料，尤其是涉及一种高温低溶铜率无铅焊料。

背景技术

在电子领域的无铅化以来，世界各国针对各种工艺技术要求，推出各种各样的无铅焊料，如波峰焊料，表面贴装无铅锡膏，以及高低温浸焊用的低出渣量、低溶铜率、表面光亮细腻的焊料等。虽然有大量焊料成分合金，但目前依然存在的主要问题是焊接困难，尤其在高焊接温度下，更是困难。

目前对漆包线导线脱漆处理，普遍采用自熔漆搪锡工艺(而以往对导线漆皮采用机械剥除或药物溶解等法再焊接)，因此如何确保在高温熔漆时不使铜线被熔断，特别对细线径的漆包线，这就涉及到焊料组成的技术。研究铜的溶解机理，以及选择合适的金属元素以抑制铜溶解速率是多年来金属材料工作者的努力方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温低溶铜率无铅焊料。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高温低溶铜率无铅焊料，其特征在于，该无铅焊料以Sn为基体，还包括以下重量百分数含量的成分：3.5-8wt％Cu、2-6wt％Bi、1-3wt％Sb。

下面对本发明所添加的元素作进一步的说明：

当焊料的溶入Cu量太高时，它会使焊料流动性变低，从而使焊接质量差，出现了大量的焊接缺陷，如搭桥，锡瘤，锡刺，凹坑等。为降低溶铜率，在焊料中加入Cu是一般抗溶铜焊料首先考虑的重要方面，经实践证明，Cu在焊料中含量与导线往焊料中的溶铜速率有着极大的关系。焊料中的Cu含量越大，焊料对Cu的溶解速率越小。而实际上影响Cu在液态焊料中的溶解的因素有三个，即Cu导线的浸入时间，液态焊料温度高低以及焊料中铜的含量大小。但是这里所述的浸入时间长短、液态焊料温度高低是工艺要求所决定的，不能随意更改，那只有对焊料中预先含Cu量的多少进行选择。根据Dybkoviso提出的Cu-Sn合金中铜溶入液态焊料的溶解速率公式：

dcdt=κSV(Cs-C)]]>

式中：溶解速率：

κ-溶解常数

V-液态焊料体积；

S-接触面积；

Cs-在焊接温度下，铜在液态焊料的溶解度；

C-焊料的含铜量。

由上式可知：当C越大时，(Cs-C)的值就越小，从而可以抑制Cu的溶解度。可见，在焊料合金中可以用增多添加Cu来控制铜溶解度。但当Cu含量过高，则会恶化焊料可焊性。因此本发明中将Cu铜的含量控制在3.5-8wt％之间，使产品具有很低溶Cu速率同时，保持着优秀的扩散率。

在本发明提供的焊料组成中，还含有Sb，Bi两种元素，分别在对降低Cu溶解速率，以及提高焊接性能有补充的作用。发明人研究过在Sn-3Cu合金中Sb的含量对铜溶解入焊料的影响，发现当Sb含量为2wt％时，Cu的溶解率为最低值。可见，在焊料中加入Sb可以有效地降低Cu在液态焊料的溶解率。而从Cu-Bi二元合金相图可见，二元合金全过程中Bi与Cu是互不发生任何冶金反应，这有利于抑制Cu的溶解，而且在焊料中添加Bi可降低焊料合金的熔点，同时也改善焊料焊接时的流动性。

作为本发明的进一步改进，还包括有以下重量百分数含量的成分：0.005-0.1wt％P和0.008-0.2wt％Ga。在无铅焊料中添加微量抗渣元素P和Ga，可以使液态焊料在焊接过程中有极好的抗氧化作用。由于P和Ga在液态焊料焊接过程中分布在液面上，使得P和Ga与Sn、O₂等元素作用生成一层很薄又十分致密的含氧酸盐保护膜。该保护膜可阻碍O₂对焊料的氧化，使得焊料在焊接过程中处于新鲜状态，从而确保了焊点的质量，并能够防止大量Sn渣产生，确保焊料在相应温度下有着良好的抗渣效果，并降低了焊料中Sn的损耗。

本发明与现有技术相比具有以下优点：