一种中温熔点合金及其应用的制作方法

1.本发明涉及焊接技术领域，所属ipc分类号为b23k35/26，具体涉及一种中温熔点合金及其应用。
技术背景
2.sac系焊料熔点217～227℃焊接温度一般在240℃以上，为了降低焊接温度，目前常用的低温焊料为锡铋类焊料，锡铋类焊料的熔点138℃，焊接温度约170℃左右，但是锡铋类低温焊料脆性大。
3.专利cn105195915b公开了一种低温无铅焊料合金，但是申请人在使用过程中发现使用者中发现虽然这种低温无铅焊料合金能够在一定程度上降低焊接的温度，但是由于体系中加入了大量的bi，使得低温无铅焊料合金存在脆性较大的缺陷；专利cn101554687b公开了新型中温铝钎焊丝，虽然这种中温铝钎焊丝具有良好的力学性能，但是由于焊丝中大量zn相具有密排六方结构，在室温下是脆性相，使得焊丝的韧性较差，并且体系中si等微量元素的加入容易造成应力接中的现象，从而使得材料容易出现空洞现象。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种中温熔点合金的焊料，解决目前sac系焊料焊接温度高、锡铋类焊料熔点脆性大大的缺点，同时制备得到的中温熔点合金焊料在使用时的空洞率小。
5.实现本发明的技术解决方案如下：
6.第一个方面：一种中温熔点合金，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：10-18％、bi：0.6-1.5％、ag：0.2-0.8％、sn补充至100％。
7.优选的，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：13-16％、bi：0.6-1.5％、ag：0.2-0.8％、sn补充至100％。
8.优选的，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：15％、bi：0.8-1.2％、ag：0.4-0.6％、sn补充至100％。
9.现有技术中使用得比较多的焊料是sac系焊料熔点217～227℃，其焊接温度一般在240℃以上和低温的锡铋类焊料，其熔点为138℃，焊接温度在170℃左右，虽然低温锡铋类焊料在一定程度降低了焊接温度，但是低温锡铋类焊料存在脆性较大的问题，并且现有技术中的20in合金产品的可焊性较差，在本发明中通过添加微量元素bi和ag能够较好，并且通过控制特in的质量分数为15％的时候不但能够很好的控制合金的熔点，使得本发明中合金的熔点在180-220℃，使得合金具有良好的可焊性，同时还在一定程度上降低了焊接的空洞率，更令人意外的是，还在降低了低温锡铋类焊料存在脆性较大的问题，可申请人猜测，可能是因为特定量ag的加入增加了合金焊料的可焊性，同时bi、ag元素共同的作用很好的平衡了sn-in合金的熔点，同时ag在一定程度上使得合金钎(焊)缝显微组织细化，从而较好的增加了合金焊料的韧性和使用时的空洞率。
10.优选的，所述中温熔点合金的原料包括质量分数为0.001-0.002％的第viii族过渡金属。
11.所述的第viii族过渡金属选自ni、rh、ru、co、ir、pd、pt中的至少一种。
12.优选的，所述的第viii族过渡金属为co，即在一些实施方式中，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：15％、bi：0.8-1.2％、ag：0.4-0.6％、co：0.001-0.002％、sn补充至100％。
13.申请人研究发现，在本发明中微量的viii族过渡金属，尤其是co元素能够很好的增加材料的力学性能，可能是因为co在体系中与ag协同作用能够细化晶粒，促进高温时β相转变，同时使得bi相和β-sn相被细化，并且co中有还可能存在稳定的γ相，这样使得合金焊料中的晶界增多，体系的相互交割程度增加，从而较好的增加了合金焊料的力学性能。
14.进一步优选的，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：15％、bi：1％、ag：0.4-0.6％、co：0.0015％、sn补充至100％。
15.在研究中，申请人发现，co的含量不能够太多，如果co的含量太多的话，反而会影响合金焊料的韧性，在焊接过程中也容易出现空洞现象，可能是因为co具有密排六方结构，在室温下容易呈脆性相，这样反而影响了合金焊料的韧性。
16.优选的，所述中温熔点合金的原料包括质量分数为0.004-0.01％的稀土金属。
17.优选的，所述中温熔点合金的原料包括质量分数为0.005-0.08％的稀土金属。
18.所述稀土金属选自sc、la、ce、gd、y中的至少一种。
19.优选的，所述稀土金属为la，即在一些实施方式中，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：15％、bi：1％、ag：0.4-0.6％、co：0.0015％、la：0.005-0.08％、sn补充至100％。
20.优选的，所述中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：15％、bi：1％、ag：0.5％、co：0.0015％、la：0.006％、sn补充至100％。
21.申请人发现，在本发明中，ag的加入虽然在一定程度上增加了合金焊料的可焊性，但是ag加入可能会使得焊接时高温热量对器件的冲击和损坏，可能是因为ag在一定程度上或造成应力集中想象，经过大量研究申请人发现，在本技术中加入微量的la能够避免减少或者避免nwo(非润湿性开路)缺陷的发生。从而大幅度提升产品可靠性和生产良率，可能是因为la能够降低合金焊料的表面能，从而合金焊料与器材之间的界面能，更重要的是la能够与co协同作用降低了in易氧化的性能，降低或避免了合金焊料发生形成可形成氧化膜的缺陷，使得合金焊料能够在基材上充分润湿，使得in能够协同其他金属圆熟降低焊接温度同时也能够减少焊接时高温热量对器件的冲击和损坏。
22.第二个方面，所述中温熔点合金用于制备焊料。
23.所述焊料包括焊片、棒、锡丝、锡膏。
24.在一些实施方式中，所述焊料为焊片；所述焊片的制备方法包括以下步骤：
25.(1)称取相应质量份的中温熔点合金的原料，备用；
26.(2)将中温熔点合金的原料加入加热炉中，然后在氮气的保护下、200～350℃条件下熔化搅拌混合；
27.(3)熔化后的合金在搅拌状态下保温1～8h，然后浇铸并冷却后得到焊料合金锭；
28.(4)将焊料合金锭通过挤压机，压延成直径2～12mm的焊料丝；
29.(5)将焊料丝用压延设备压制成所需厚度得片材，并使用冲压设备冲压制的所需形状得预成型焊片。
30.在一些实施方式中，还可以根据需要在制备得到的焊片表面涂布预涂助焊剂，制得预涂助焊剂焊片。
31.本发明中的中温熔点合金制备得到的焊料，焊接的界面可以为铜片，或者是相应的焊盘，一般材质为纯铜(包括osp)、电镀镍、镀银、镍金、镀锡。
32.1.在本发明中in的加入在一定程度上降低合金的延伸率，在本发明中加入稀土元素与co协同作用能够较好的提高焊片的高温延伸率，改善热加工过程的性能，减少开裂线性，可能是因为入稀土元素与co、ag协同作用能够细化晶粒，促进高温时β相转变；
33.2在本发明中co与ag在稀土元素的作用能够较好的在体系中成核，但是ag的含量不能过多，否则会导致应力集中的问题，在本发明中0.5％的ag能够在其他成分的作用下有效的增加了焊片的力学性能。
34.3.与现有技术相比，本发明中合金焊料能够的熔点约180～200℃左右，通过体系中co、in等原料的协同作用解决锡铋类低温焊料脆性大的缺点；
35.4.与现有技术相比，本发明中通过la与co、in等原料的协同作用在降低焊接温度同时也能够减少焊接时高温热量对器件的冲击和损坏，尤其可以减少或者避免nwo(非润湿性开路)缺陷的发生，从而大幅度提升产品可靠性和生产良率；
36.5.与现有20in相比，本发明中通过特定的配方设计，增加了合金焊料的可焊性，同时使得焊接的空洞率很小。
附图说明
37.图1-3为实施例1中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图4-6为实施例1中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图7-9为实施例2中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图10-12为实施例2中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图13-15为实施例3中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图16-18为实施例2中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图19-21为sac305焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图22-24为sac305焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图25-27为snsb5焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图28-30为snsb5焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；
具体实施方式
38.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
39.实施例1
40.实施例1的第一个方面提供了一种中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：15％、bi：1％、ag：0.5％、co：0.0015％、la：0.006％、sn补充至100％。
41.实施例1的第二个方面提供了一种焊片，所述焊片的制备方法包括以下步骤：
42.(1)称取相应质量份的中温熔点合金的原料，备用；(2)将中温熔点合金的原料加入加热炉中，然后在氮气的保护下、220℃条件下熔化搅拌混合；(3)熔化后的合金在搅拌状态下保温6h，然后浇铸并冷却后得到焊料合金锭；(4)将焊料合金锭通过挤压机，压延成直径6mm的焊料丝；(5)将焊料丝用压延设备压制成所需厚度得片材，并使用冲压设备冲压制
的所需形状得预成型焊片。
43.实施例2
44.实施例2的第一个方面提供了一种中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：20％、ag：2.8％、sn补充至100％。
45.实施例2的第二个方面提供了一种焊片，其制备方法同实施例1。
46.实施例3
47.实施例3的第一个方面提供了一种中温熔点合金的原料包括，按质量分数计，in：20％、ag：2.8％、co：0.0015％、sn补充至100％。
48.实施例3的第二个方面提供了一种焊片，其制备方法同实施例1。
49.性能测试
50.焊接空洞率测试：使用x-ray检测焊接后产品的空洞现象，并计算其空洞率。
51.测试样品：实施例中的样品为实施例1-3中的焊片；对比样品为市售的sac305焊片、snsb5焊片；
52.在焊片表面涂抹上助焊剂然后在铜焊盘进行焊接，焊接时的氮气回流曲线为常规的305的曲线，每个测试样品分别测定3组样品。
53.助焊剂分别为深圳市斯普锐环保新材料有限公司的助焊剂spr-z800xc和助焊剂spr z800。
54.其中，图1-3为实施例1中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图4-6为实施例1中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；
55.图7-9为实施例2中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图10-12为实施例2中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；
56.图13-15为实施例3中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图16-18为实施例2中使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；
57.图19-21为sac305焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图22-24为sac305焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；
58.图25-27为snsb5焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片；图28-30为snsb5焊片使用助焊剂spr-z800xc焊接后检测图片。
59.空洞率的测试结果如表1所示：
60.表1
61.