[发明专利]一种Sn-Cu-Co-Ni无铅焊料及其制备方法

说明书

一种Sn‑Cu‑Co‑Ni无铅焊料，所述无铅焊料中Cu占焊料重量百分比为0.5～0.8%，Co占焊料重量百分比为0.01～2.0%，Ni占焊料重量百分比为0.01～2.0%，其余为Sn，杂质含量小于0.2%。本发明通过调整合金材料中锡、铜、钴和镍的含量比例，在较宽凝固速率范围内，获得具有不同过饱和固溶体的钎料，改善了Sn‑Cu系焊料的不足，提高其接头强度，改善和提高钎料的综合指标。

技术领域

本发明涉及一种无铅焊料，特别是涉及一种新型Sn-Cu-Co-Ni四元无铅焊料合金及其制备方法，属于焊接材料技术领域。

背景技术

随着钎料无铅化的提出，近年来出现了多种无铅焊料的新品种，但总体上依然存在熔点偏高、浸润性偏差、成本较高等问题。目前，市场上主流的具有优良的综合性能无铅钎料合金为Sn-Ag-Cu系焊料与Sn-Cu系无铅焊料，这些无铅钎料屈服强度、拉伸强度、断裂塑性应变、塑性性能、弹性模量等部分机械性能指标接近甚至超过锡铅焊料，但熔点偏高，润湿性较差，这对元器件、板卡、生产设备及制作过程都是一个考验。此外，对于使用性能较好的Sn-Ag-Cu系焊料，因使用了较多的Ag，提高了生产成本。Sn-Cu系焊料价格便宜，从经济角度来说具有很大的应用前景。Sn-0.7Cu焊料在焊点亮度、外观粗糙度等方面和传统锡铅焊料焊接后的相似。而且Sn-Cu系焊料构成简单，供给性好且成本低。由于Sn中融入了少量的铜，抑制了焊料在工作时对PCB盘上Cu层和Cu引脚的侵蚀，可提高其可靠性，因此，大量用于基板焊接中。虽然，这种合金由于形成金属间化合物Cu₆Sn₅的微细弥散相而获得很高的初期强度，但是当温度超过100℃，弥散相会变粗大，这将降低其接头的力学性能和导电性能。因此，开发抗拉强度较高、润湿性较好且组织稳定的Sn-Cu系焊料是当务之急。

在专利CN10114726A中，为了改善Sn-Cu合金外观暗沉且没有光泽，提出了添加0.005～5wt%的Co。

在专利CN103406687A中公开了Sn-Cu-Ni系合金，添加Ni的Sn-Cu焊料在高温焊接环境下的氧化程度较低，提高了其在焊接工艺中的焊接效果。

在专利CN102430872A和CN102066042A中分别公开了添加了不同量Bi和Ni的Sn-Cu系焊料，由于添加Bi和Ni的量不同，一种是防止低温下锡瘟的发生，并且润湿性和耐冲击性良好的无铅焊料，一种是重在降低焊料熔点，提高润湿性和力学性能。

在专利CN1864908A公开了同时添加Co、Ni和镧系混合稀土（RE）的锡铜无铅钎料，其制备是将相应成分直接放入高温熔炉中冶炼而得。

发明内容

本发明的目的是提供一种组织稳定、铺展性及机械性能等综合性能优良的Sn-Cu-Co-Ni四元无铅焊料。

本发明采用的技术方案具体为：

一种Sn-Cu-Co-Ni无铅焊料，所述无铅焊料中Cu占焊料重量百分比为0.5～0.8%，Co占焊料重量百分比为0.01～2.0%，Ni占焊料重量百分比为0.01～2.0%，其余为Sn，杂质含量小于0.2%。

进一步的Cu占焊料重量百分比为0.7%。

进一步的Co占焊料重量百分比为0.5～1.5%。

进一步的Ni占焊料重量百分比为0.5～1.5%。

Co和Ni的重量百分比之和不大于2.5%。

所述的Sn-Cu-Co-Ni无铅焊料的制备方法，具体包括如下步骤，

（1）在真空条件下，按照配比称量混合后在电弧炉内熔炼得到二元Sn-Cu母合金，合金反复熔炼至少6次，最后一次复熔后通过水冷铜模吸铸法制备得到不同冷却速度下的母合金；