专利名称：锡银锌系无铅焊膏及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种焊膏和它的制备方法，特别是锡银锌系无铅焊膏及其制备方法。
背景技术：
与人类生活工作密切相关的各种电子产品在造福人类的同时，也因在电子产品中含铅 焊料的使用而日益危害人类的身体健康和生态环境。欧盟领导下的电子电气,设备废弃组织 (WEEE)要求在2006年停止在电子装配工业中使用含铅材料。美国国家电子制造协会 (NEMI)为此专门实施一个名为"NEMI的择接无铅化计划"来系统研究无铅装配在电子工 业中的使用问题；日本的主要消费电子制造企业也纷纷承诺尽快全面实现无铅电子装配， 这一切使无铅焊料的研究迫在眉睫。为迎接全球同步焊接无铅化的浪潮，避开国际上已发 展的无铅焊料专利壁垒，制定适合中国国情的无铅焊料发展战略已成为中国电子装配工业 的当务之急。
随着电子产业的飞速发展，科学技术不断更新，电子器件的微型化趋势越来越明显， 传统的焊丝、焊条越来越不能满足微型化要求，而焊膏则成为今后发展的方向。焊膏是由 焊料与助焊剂混合组成，所以焊膏的研究和开发过程中必须要求有相应的助焊剂能与焊料 配套使用。
在Sn-Ag-Zn合金中，Zn可与抗腐蚀元素Ag结合生成金属间化合物，使腐蚀电位急剧 降低，且润湿性与Sn-Ag共晶焊料相当。与Sn-Ag相比，Sn-Ag-Zn在许多方面都可提供优 越的机械性能，其具有较好的强度而不损失丝毫延展性，高温蠕变性能显著提高，并稍微 降低合金熔点。以这种高性能焊料合金为研究对象，加入助焊剂，解决与传统的Sn-Pb焊 料相比，无铅焊料润湿性差，易氧化，且熔点高的不足，得到性能优异的无铅焊膏。
目前，焊膏的制备主要通过将焊料的块体制粉后，与助焊剂以一定比例混合制得。焊 料的制备原料一般为各金属或合金的块体，通过熔炼制备得到焊料，在熔炼过程中容易发 生组分的偏聚，为得到组分均匀的产品，需要长时间的搅拌(根据企业规模不同，该过程 所需时间不同，但即使是小型企业也需要搅拌2小时左右)。因为是搅拌在熔融状态下进 行，则制备过程要保持在高温条件，这就会导致热能的损耗，消耗能源。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明目的是提供锡银锌系无铅焊膏及其制备方法 本发明是通过下述技术方案加以实现的
本发明的锡银锌系无铅焊膏，焊膏的组份和质量百分比分别为99. 5-85%锡银锌系无铅 合金粉体和0. 5-15%助焊剂。 所述的锡银锌系无铅合金粉的粒径为10-50pm。 所述的锡银锌系无铅合金粉的组份和质量百分比为
锡 99-85
银 0. 01-4, 5
锌 0.01-5
铋 0-5
铟 0-4
稀土元素 0-5
镓 0-2.5
磷 0-3。 本发明的锡银锌系无铅焊膏的制备方法，步骤如下
1) 按比例将原料充分混合均匀，在2-10MPa的压力下制成块体，将所述块体放入高温 差示扫描量热仪或者管式烧结炉中，通入氩气，进行烧结，以速率为 5K/min-40K/min，升温至455-535K，在此温度保温烧结0-2个小时，然后以 10K/min-50K/min的速度降至室温；
2) 将烧结后的锡银锌系无铅焊料块体通过雾化设备，制成粒径为10-50pm的无铅焊料 粉体；
3) 将所制得的无铅焊料粉体与助焊剂混合并均匀。
所述的锡银锌系无铅焊料粉体的粒径为10-50pm，将纯度为99. 99%的各合金元素按质 量比99-85:0. 01-4. 5:0. 01_5配成锡银锌无铅焊料，在此基础上为提高润湿性可加入0-5 的铋及0-4的铟，为细化组织可加入0-5的稀土元素为提高抗氧化性可加入0-2. 5的镓及 0-3磷。
所述的助焊剂采用申请号为2008101071494所申请的助焊剂。
本发明使用的原材料状态为粉末状，将各组分混合方便且容易均匀，最重要的是此过 程无需高温进行。所以此混合过程一方面节约了时间，另一方面节约了能源。然后通过烧 结的方法制备成块状，尽管制备后得到的成品成分均匀，但其孔隙率大，不很致密，所以 不能制成焊丝或焊条进行使用，但通过制备焊膏所需的雾化制粉过程可消除了上述影响。 将烧结后的焊料通过雾化制粉制成焊料粉末，再与助焊剂混合制得焊膏。通过上述方法使 得由粉末态金属制备焊膏成为可能，这样就避免了熔炼过程中长时间高温加热所造成的能 源消耗。通过此方法制得的焊膏与通过熔炼制得的焊膏相比，仅仅是改变了制备过程，对 成品的性能没有影响。
所述制备方法可适用于各元素金属的原始状态为粉体，烧结方法与其它方法相比，其 工艺简单，成本低。
具体实施例方式
例1
先将纯度为99.99%的锡、银、锌粉末按质量比为96.5:3.49:0.01充分混合均匀，接 着在2MPa的压力下制成块体，将所述块体放入高温差示扫描量热仪或者管式烧结炉中， 通入氩气，进行烧结，以速率为5K/min，升温至495K，在此温度保温烧结10min，然后以 10K/min的速度降至室温。将烧结后的锡银锌无铅焊料块体通过雾化设备，制成粒径为10pm 的无铅焊料粉体。所制得的无铅焊料粉体与2008101071494所申请的助焊剂实施例一按 99.5:0.5混合并充分均匀。
例2
先将纯度为99. 99%的锡、银、锌、镓、铟、磷粉末按质量比为99:0. 01:0. 69:0. 1:0. 1:0. 1 充分混合均匀，接着在5MPa的压力下制成块体，将所述块体放入高温差示扫描量热仪或 者管式烧结炉中，通入氩气，进行烧结，以速率为10K/min，升温至500K，在此温度保温 烧结30min，然后以25K/min的速度降至室温。将烧结后的锡银锌无铅焊料^t央体通过雾化 设备，制成粒径为25,的无铅焊料粉体。所制得的无铅焊料粉体与2008101071494所申 请的助焊剂实施例二按95:5混合并充分均匀。
例3
先将纯度为99.99%的锡、银、锌、铟、铋、稀土元素粉末按质量比为96:2. 4:5:4:5:5 充分混合均匀(其中稀土元素以预配好的锡稀土中间合金粉末的形式加入)，接着在8MPa 的压力下制成块体，将所述块体放入高温差示扫描量热仪或者管式烧结炉中，通入氩气， 进行烧结，以速率为20K/min，升温至505K，在此温度保温烧结60min，然后以40K/min 的速度降至室温。将烧结后的锡银锌无铅焊料块体通过雾化设备，'制成粒径为4(^rn的无 铅焊料粉体。所制得的无铅焊料粉体与2008101071494所申请的助焊剂实施例三按90:10
混合并充分均匀。 例4
先将纯度为99.99%的锡、银、锌、铋、磷、镓、稀土元素粉末按质量比为 85:4. 5:3. 4:1. 5:3:2. 5:0. 1充分混合均匀(其中稀土元素以预配好的锡稀土中间合金粉末 的形式加入)，接着在lOMPa的压力下制成块体，将所述块体放入高温差示扫描量热仪或 者管式烧结炉中，通入氩气，进行烧结，以速率为40K/min，升温至490K，在此温度保温 烧结120min，然后以50K/ndn的速度降至室温。将烧结后的锡银锌无铅焊料块体通过雾化 设备，制成粒径为50|_un的无铅焊料粉体。所制得的无铅焊料粉体与2008101071494所申 请的助焊剂实施例四按85:15混合并充分均匀。
本发明并不局限于实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发 明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得 到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种锡银锌系无铅焊膏，其特征在于焊膏的组份和质量百分比分别为99.5-85％锡银锌系无铅合金粉体和0.5-15％助焊剂。
2. 如权利要求1所述的锡银锌系无铅焊膏，其特征是所述的锡银锌系无铅合金粉的粒径为 10-50,。
3. 如权利要求1所述的锡银锌系无铅焊膏，其特征是所述的锡银锌系无铅合金粉的组份和 质量百分比为锡99-85银0. 01-4. 5锌0. 01-5铋0-5铟0-4稀土元素0-5镓0-2. 5磷0-3。
4.权利要求1的锡银锌系无铅焊膏的制备方法，其特征是1) 按比例将原料充分混合均匀，在2-10MPa的压力下制成块体，将所述块体放入高温差 示扫描量热仪或者管式烧结炉中，通入氩气，进行烧结，以速率为5K/rain-40K/min， 升温至455-535K，在此温度保温烧结0-2个小时，然后以10K/min-50K/min的速度 降至室温；2) 将烧结后的锡银锌系无铅焊料块体通过雾化设备，制成粒径为10-50网的无铅焊料粉 体；3) 将所制得的无铅焊料粉体与助焊剂混合并均匀。
全文摘要
本发明涉及一种锡银锌系无铅焊膏及其制备方法，焊膏的组份和质量百分比分别为99.5-85％锡银锌系无铅合金粉体和0.5-15％助焊剂。按比例将原料充分混合均匀，在2-10MPa的压力下制成块体，将所述块体放入高温差示扫描量热仪或者管式烧结炉中，通入氩气，进行烧结，以速率为5-40K/min，升温至455-535K，在此温度保温烧结0-2个小时，然后以10-50K/min的速度降至室温；将烧结后的锡银锌系无铅焊料块体通过雾化设备，制成粒径为10-50μm的无铅焊料粉体；将所制得的无铅焊料粉体与助焊剂混合并均匀。本发明将各组分混合方便且容易均匀，最重要的是此过程无需高温进行，节约了时间，节约了能源，烧结方法与其它方法相比，其工艺简单，成本低。
文档编号B23K35/36GK101342641SQ20081005427
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者余黎明, 刘永长, 徐荣雷, 倩 赵, 晨 韦, 马宗青 申请人:天津大学