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CN111996413A - 一种铅锡基焊料合金的制备方法及制得的焊料合金 - Google Patents

一种铅锡基焊料合金的制备方法及制得的焊料合金 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铅锡基焊料合金的制备方法，包括以下步骤：(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：45‑60％Sn粉、25‑35％Pb粉、10‑25％In粉、1.5‑5％Bi粉、0.02‑0.08％Tb粉、0.1‑0.7％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉；(2)烧结：将混合的粉末置入石墨模具中，预压，将预压后的模具放入放电等离子烧结炉中，抽真空，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。本发明还提供由上述制备方法制得的焊料合金。本发明的有益效果在于：铅锡基焊料合金显微组织均匀致密，提高了焊料合金的润湿性能，且具有较低的熔点。

Description

一种铅锡基焊料合金的制备方法及制得的焊料合金
技术领域
本发明涉及焊料合金技术领域，具体涉及一种铅锡基焊料合金的制备方法及制得的焊料合金。
背景技术
在电子商品制造领域，焊接是一项非常重要的工艺，为了得到优异的钎焊连接，焊料的选择也是至关重要的。焊料是用来添加到焊缝、焊缝层和钎缝中的金属材料的总称。主要包含焊丝、钎料、焊条等。焊料的型号有许多种，组成成分不同的可分为铅锡焊料、铜焊料、银焊料等，而根据熔点的不同又可分为软焊料和硬焊料。现多采用的是铅锡焊料，A、B、E绝缘等级的点击的线头焊接采用的是铅锡合金焊料，F、H级采用的是纯锡焊料。焊料的熔点温度、机械强度、抗氧化性能等性能都会对焊接性能造成很大影响。
其中重要的一点是焊料的熔点，焊接的过程是将焊料与焊件一同加热到焊料的熔化温度，在低于焊件的熔点下使得焊料熔化从而浸润焊接面，在焊料与焊件之间会通过原子间的扩散形成新的合金，如果焊料的熔点过高，会对电子元器件造成损害。目前最常见的焊料合金多为含铅合金，成本低，优良的导电导热性能，可加工性能，使得铅合金成为首选的焊接材料。放电等离子体烧结技术(SPS)是最近几年新的研究热点，通过将金属粉末装入石墨模具中，在利用上、下模给予粉末压力，通过脉冲电流产生的等离子体烧结。
公开号为CN101972902A的专利公开铜铝焊接用铝合金焊料及其制备方法，其重量百分比组成为：Al 60～72％；Cu或者Ge 25～35％；Si 1～5％；Mg 1～5％；Li或Sb或Bi≤1％。但现有技术中制得的铜铝焊接用铝合金焊料的熔点为500℃～580℃，熔点较高，在焊接过程中易对电子元件造成损害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的焊料合金熔点较高，在焊接过程中易对电子元件造成损害，提供一种铅锡基焊料合金的制备方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种铅锡基焊料合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：45-60％Sn粉、25-35％Pb粉、10-25％In粉、1.5-5％Bi粉、0.02-0.08％Tb粉、0.1-0.7％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，进行预压，然后放入放电等离子烧结炉中，抽真空，烧结后，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。
有益效果：采用上述重量百分比的原料及制备方法制得的铅锡基焊料合金显微组织均匀致密，且在性能测试中展现良好的综合性能，制得的焊料合金各成分相互扩散、相互影响、相互作用，提高了焊料合金的润湿性能，同时具有较低的熔点，当重量百分比不在上述范围内，制得的铅锡基焊料合金表面存在明显缺陷。
本发明制备方法简单，具有低能耗、省时间、高效率的优点。
优选地，所述步骤(1)中将以下重量百分比的原料混合：52％Sn粉、30％Pb粉、15％In粉、1.5％Bi粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉。
有益效果：当铅锡基焊料合金的原料为上述百分比时，制得的焊料合金固相线温度为238℃，液相线温度为248℃，剪切强度为37N/mm2。
优选地，所述步骤(1)中将以下重量百分比的原料混合：47％Sn粉、35％Pb粉、15％In粉、2％Bi粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉。
有益效果：当铅锡基焊料合金的原料为上述百分比时，制得的焊料合金固相线温度为233℃，液相线温度为240℃，剪切强度为35N/mm2。
优选地，所述步骤(1)中将以下重量百分比的原料混合：55％Sn粉、25％Pb粉、15％In粉、2％Bi粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉。
优选地，将步骤(1)中所有的原料混合后置于真空球磨罐中，在300r/min条件下混合搅拌300min。
优选地，所述步骤(2)中预压的压强为5MPa。
优选地，所述步骤(2)中烧结压强为50MPa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min。
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的焊料合金熔点较高，在焊接过程中易对电子元件造成损害，提供一种采用上述制备方法制得的铅锡基焊料合金。
有益效果：本发明制得的焊料合金各成分相互扩散、相互影响、相互作用，提高了焊料合金的润湿性能，同时具有较低的熔点。
本发明的优点在于：本发明制备方法简单，具有低能耗、省时间、高效率的优点。
采用上述重量百分比的原料及制备方法制得的铅锡基焊料合金显微组织均匀致密，且在性能测试中展现良好的综合性能，制得的焊料合金各成分相互扩散、相互影响、相互作用，提高了焊料合金的润湿性能，同时具有较低的熔点，当重量百分比不在上述范围内，制得的铅锡基焊料合金表面存在明显缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例1中焊料合金的扫描电镜图；
图2为本发明对比例1中焊料合金的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
放电等离子体烧结制备铅锡基焊料合金的方法
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：Sn粉52％、Pb粉30％、In粉15％、Bi粉1.5％、Tb粉0.02％、Zr粉0.1％、Fe粉0.7％，余量为Se粉，将上述粉末置于真空球磨罐中，于300r/min下搅拌混合300min；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，对粉末进行预压，预压压强为5Mpa，调整好位置后，将装有粉末的石墨模具放入SPS炉腔内，抽真空至10-1Pa，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金，图1为本实施例中制得的焊料合金的扫描电镜图，可以看出，制得的样品均匀致密。
实施例2
放电等离子体烧结制备铅锡基焊料合金的方法
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：Sn粉47％、Pb粉35％、In粉15％、Bi粉2％、Tb粉0.02％、Zr粉0.1％、Fe粉0.7％、余量为Se粉，将上述粉末置于真空球磨罐中，于300r/min下搅拌混合300min；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，对粉末进行预压，预压压强为5Mpa，将预压后的模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空至10-1Pa，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。
实施例3
放电等离子体烧结制备铅锡基焊料合金的方法
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：Sn粉55％、Pb粉25％、In粉15％、Bi粉2％、Tb粉0.02％、Zr粉0.1％、Fe粉0.7％、余量为Se粉，将上述粉末置于真空球磨罐中，于300r/min下搅拌混合300min；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，对粉末进行预压，预压压强为5Mpa，将预压后的模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空至10-1Pa，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。
对比例1
焊料合金的制备方法
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：60％Sn粉、25％Pb粉、12％In粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉，将上述粉末置于真空球磨罐中，于300r/min下搅拌混合300min；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，对粉末进行预压，预压压强为5Mpa，将预压后的模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。图2为本对比例中制得的焊料合金的扫描电镜图，可以看出，制得的样品不致密。
对比例2
焊料合金的制备方法
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：50％Sn粉、35％Pb粉、15％In粉，将上述粉末置于真空球磨罐中，于300r/min下搅拌混合300min；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，对粉末进行预压，预压压强为5Mpa，将预压后的模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空至10-1Pa，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。
实施例4
对实施例1-3、对比例1-2中制得的焊料合金的性能进行测定，测定方法为现有技术，测定结果如表1所示。
表1为实施例1-3、对比例1-2中焊料合金的性能
组别 固相线温度(℃) 液相线温度(℃) 剪切强度(N/mm<sup>2</sup>)
实施例1 238 248 37
实施例2 233 240 35
实施例3 229 237 34
对比例1 248 259 31
对比例2 260 270 28
从表1可以看出，本发明制得的铅锡基焊料合金具有较低的熔点，当焊料合金中不含有Bi粉时，制得的焊料合金的熔点升高，当焊料合金中只含有Sn粉、Pb粉和In粉时，制得的焊料合金的熔点明显升高，且剪切强度明显下降。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制粉：将以下重量百分比的原料混合：45-60％Sn粉、25-35％Pb粉、10-25％In粉、1.5-5％Bi粉、0.02-0.08％Tb粉、0.1-0.7％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉；
(2)烧结：将步骤(1)中混合的粉末置入石墨模具中，进行预压，将预压后的模具放入放电等离子烧结炉中，抽真空，烧结压强为50Mpa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min，随炉冷却后即制得铅锡基焊料合金。
2.根据权利要求1所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中将以下重量百分比的原料混合：52％Sn粉、30％Pb粉、15％In粉、1.5％Bi粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉。
3.根据权利要求1所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中将以下重量百分比的原料混合：47％Sn粉、35％Pb粉、15％In粉、2％Bi粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉。
4.根据权利要求1所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中将以下重量百分比的原料混合：55％Sn粉、25％Pb粉、15％In粉、2％Bi粉、0.02％Tb粉、0.1％Zr粉、0.7％Fe粉、余量为Se粉。
5.根据权利要求1所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：将步骤(1)中所有的原料混合后置于真空球磨罐中，在300r/min条件下混合搅拌300min。
6.根据权利要求1所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中预压的压强为5Mpa。
7.根据权利要求6所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中烧结压强为50MPa，升温速率为45℃/min，温度升至520℃后保温5min。
8.根据权利要求1所述的铅锡基焊料合金的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中抽真空至10-1Pa。
9.一种采用权利要求1-8中任一项所述的铅锡基焊料合金的制备方法制得的铅锡基焊料合金。
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