一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂及使用方法
阅读：1032发布：2020-06-15
专利汇可以提供一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂及使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于 锡 银 铜 焊料 或锡铜焊料熔炼的变质剂，该变质剂为铜钴 合金 粉末，钴的重量百分比为7—9%，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。该变质剂可以改善Ag3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物的结晶形态和分布；同时，还提供变质剂的使用方法：将锡银铜焊料或锡铜焊料由熔炼 温度 500℃降温至280—300℃保温，浇铸或喷粉前加入变质剂，变质剂与锡银铜焊料或锡铜焊料的重量比为1:100，并施加交变 磁场 ，搅拌焊料与变质剂的 混合液 ，搅拌5—10分钟后，去除变质剂， 对焊 料进行浇铸或喷粉。该使用方法一方面可以提高变质效率；另一方面改善焊料的不均匀收缩，且可获得尺寸更加均匀、球形度高的焊粉。，下面是一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂及使用方法专利的具体信息内容。
1.一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂，其特征在于，该变质剂为铜钴合金粉末，其中，钴的重量百分比为7—9%，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。
2.按照权利要求1所述的用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂，其特征在于，所述的合金粉末粒径为20—50μm。
3.一种权利要求1所述用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂的使用方法，其特征在于，该使用方法的过程是：将锡银铜焊料或锡铜焊料由熔炼温度500℃降温至280—
300℃保温，浇铸或喷粉前加入变质剂，变质剂与锡银铜焊料或锡铜焊料的重量比为1:100，并施加频率为50—60KHz、磁场强度为6—8kA/m的交变磁场，搅拌焊料与变质剂的混合液，搅拌5—10分钟后，去除变质剂，对锡银铜焊料或锡铜焊料进行浇铸或喷粉；所述变质剂为铜钴合金粉末，其中，钴的重量百分比为7—9%，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。
一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂及使用方法
技术领域
背景技术
[0002] 锡银铜(SnAgCu)焊料是目前主流的无铅焊料合金。然而，由于合金微观组织中存在易于一维生长的Ag3Sn金属间化合物，影响了合金作为焊点的可靠性，特别是其耐冲击性能。此外，随着低银焊料的开发，合金成分偏离共晶，材料凝固时会出现微观不均匀收缩和产生偏析现象，微观组织中出现Cu6Sn5化合物的不均匀分布。
[0003] 参考专利1(专利号：CN01131644.6，公开日期为2003年7月9日，公开号为CN1428443的中国专利)公开了一种用于锌及锌合金熔体处理工艺的锌变质剂，重量百分比Al：20—40％，Ti：2—5％，B：0.5—1.5％，Xt：0.5—1％，Zn：55—75％，可以使锌及锌合金实现同时均匀结晶而形成等轴细晶粒组织，提高产品使用性能。
[0004] 参考专利2(专利号：CN200810223968.5，公开日期为2009年3月4日，公开号为CN101376196的中国专利)公开了一种SnAgCu无铅焊料，添加质量百分比La：0.02—0.2％、P：0.0001—0.2％、Co：0.01—0.05％微量元素改善抗氧化性能和润湿性能，提高接头剪切性能和抗冲击性能。其中Co元素加入后形成CoSn2金属间化合物，增大凝固过程过冷度，有利于形核。
[0005] 参考专利3(专利号：CN200780005120.9，公开日期为2009年3月11日，公开号为CN101384395的中国专利)公开了一种锡铜(SnCu)系无铅合金焊料，消除由于金属间化合物为核的浮渣，消除产生角状物等钎焊缺陷。在Sn基焊料合金中添加0.01重量％以上且不足0.05重量％的Co可以抑制Cu向焊料中溶出，并且金属间化合物以微粒状态分散而成，焊料的蠕变强度提高。
发明内容
[0006] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂，该变质剂可以改善Ag3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物的结晶形态和分布；同时，还提供用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂的使用方法，该使用方法一方面可以提高变质效率；另一方面改善焊料的不均匀收缩，焊料制粉后可以获得尺寸更加均匀，球形度高的焊粉。
[0007] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂，该变质剂为铜钴合金粉末，其中，钴的重量百分比为7—9％，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。
[0009] 一种上述用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂的使用方法，该使用方法的过程是：将锡银铜焊料或锡铜焊料由熔炼温度500℃降温至280—300℃保温，浇铸或喷粉前加入变质剂，变质剂与锡银铜焊料或锡铜焊料的重量比为1:100，并施加频率为50—60KHz、磁场强度为6—8kA/m的交变磁场，搅拌焊料与变质剂的混合液，搅拌5—10分钟后，去除变质剂，对锡银铜焊料或锡铜焊料进行浇铸或喷粉；所述变质剂为铜钴合金粉末，其中，钴的重量百分比为7—9％，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。
[0010] 有益效果：本专利是一种专门用于锡银铜焊料或锡铜焊料熔炼的变质剂。与背景技术中提及的参考专利1不同，本专利的材料成分以铜钴基合金为主，适用于SnAgCu和SnCu软钎焊合金的熔炼。与参考专利2和参考专利3不同的是，本专利将CuCo合金粉作为一种变质剂使用，并不限定Co在焊料中的含量，即并不以Co元素溶入焊料而起到本专利所申明的改善效果。事实上有别于合金化的方式在焊料中增加Co或Ni等成分。本发明的变质剂的优点在于不改变焊料合金的成分，但能够优化焊料合金的组织并提高性能。具体来说，选择CuCo合金粉末加入的方式大幅提高了变质效率。本发明的变质剂是Cu和Co包晶合金，微观组织中的Co是从Cu基体中固溶析出的，尺寸细小。尤其是这种合金被加工成10～100μm的颗粒，增大了表面积。这些都为非均匀形核提供了有利条件。变质剂加入焊料合金后需要施加交变磁场并搅拌。磁场的作用是改变焊料结晶相与变质剂界面的界面能，帮助形核。搅拌一方面限制了形成的晶体快速长大，另一方面使得变质剂表面上的晶核被冲刷下来，有利于再次形核。因此，变质剂通过这种工艺获得了更好的变质效果。本发明的变质剂可以改善焊料的不均匀收缩，焊料制粉后可以获得尺寸更加均匀，球形度高的焊粉。
附图说明
附图说明
[0011] 图1为未加入本发明变质剂的焊料的组织图。
[0012] 图2为加入本发明变质剂后的焊料的组织图。
[0013] 图3为本发明变质剂的颗粒形貌图。
[0014] 图4为本发明实施例1的焊粉组织及颗粒形貌图。
[0015] 图5为未进行变质处理的焊粉组织及颗粒形貌图。
[0016] 图6为本发明实施例5焊点表面收缩的效果图。
[0017] 图7为未进行变质处理的焊点表面收缩的效果图。
具体实施方式
[0018] 下面结合实施例，对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
[0019] 如图3所示，本发明的一种用于锡银铜或锡铜焊料熔炼的变质剂，为铜钴合金粉末，其中，钴的重量百分比为7—9％，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。作为优选，所述合金粉末粒径为20—50μm。当合金粉末粒径为20—50μm时，可使锡银铜(SnAgCu)焊料或锡铜(SnCu)焊料获得优化的变质效果，即焊料组织中金属间化合物分布更均匀。
[0020] 上述用于SnAgCu焊料或SnCu焊料熔炼的变质剂的使用方法的过程是：将SnAgCu焊料或SnCu焊料由熔炼温度500℃降温至280—300℃保温，浇铸或喷粉前加入变质剂，变质剂与SnAgCu焊料或SnCu焊料的重量比为1:100，并施加频率为50—60KHz，磁场强度为6—8kA/m的交变磁场，搅拌焊料与变质剂的混合液，搅拌5—10分钟后，去除变质剂，对SnAgCu焊料或SnCu焊料进行浇铸或喷粉；所述变质剂由包晶成分铜和钴(Co)两种合金粉末混合组成，其中，钴的重量百分比为7—9％，其余为铜，合金粉末的粒径为10—100μm。
[0021] 作为一种高熔点金属元素，Co在300℃以下难以溶入合金。在本专利申请的使用方法下，变质剂能够改变形核相(即金属间化合物)的界面能，有效改善Ag3Sn和Cu6Sn5等金属间化合物的结晶形态和分布。如图1和图2所示，与没有进行变质处理的合金相比，Ag3Sn颗粒转变为等轴晶，而Cu6Sn5颗粒分布更加均匀。
[0022] 选择Cu和Co合金粉末加入的方式大幅提高了变质效率。本发明的变质剂是Cu和Co包晶合金，微观组织中的Co是从Cu基体中固溶析出的，尺寸细小。如图2所示，这种合金被加工成10～100μm的颗粒，增大了表面积。这些都为非均匀形核提供了有利条件。同时，变质剂的颗粒不宜小于10μm，否则会增加粉末表面氧化的倾向，不利于形核。
[0023] 变质剂加入焊料合金后需要施加交变磁场并搅拌。磁场的作用是改变焊料结晶相与变质剂界面的界面能，帮助形核。搅拌一方面限制了形成的晶体快速长大，另一方面使得变质剂表面上的晶核被冲刷下来，有利于再次形核。因此，变质剂通过这种工艺获得了更好的变质效果。
[0024] 此外，在300℃以下加入变质剂是为了控制变质剂中的元素溶入焊料当中，同时便于分离出变质剂，以便使焊料合金中的Cu、Co浓度符合ISO9453-2006等成分标准，实际成分如下表所示。
[0025] 采用本发明的使用方法，
[0026] 将锡银铜焊料由熔炼温度500℃降温至300℃保温，浇铸或喷粉前加入变质剂，变质剂与锡银铜焊料的重量比为1:100，并施加频率为60KHz、磁场强度为6kA/m的交变磁场，搅拌焊料与变质剂的混合液，搅拌10分钟后，去除变质剂，对锡银铜焊料进行浇铸或喷粉；所述变质剂为铜钴合金粉末，其中，钴的重量百分比为9％，其余为铜，合金粉末的粒径为
100μm。
100μm。
[0027] 采用火花直读光谱仪，对上述添加变质剂后的锡银铜焊料进行检测，检测结果如表1所示，各元素的含量符合ISO9453-2006标准的要求。
[0028] 表1
[0029]
[0030] 下面例举实施例。
[0031] 实施例1
[0032] 一种用于SnAgCu焊料(焊料中Ag的重量比为3％，Cu的重量比为0.5％，其余为Sn)熔炼的变质剂，其中Co重量百分比为7％，其余为Cu，合金粉末的粒径为10μm。将SnAgCu焊料由熔炼温度500℃降温至300℃保温，浇铸或喷粉前加入所述的变质剂粉末与SnAgCu焊料按照重量比为1:100混合，并施加频率为50KHz，磁场强度6kA/m的交变磁场进行搅拌，5分钟后去除变质剂进行浇铸或喷粉。
[0033] 实施例2
[0034] 一种用于SnAgCu焊料(焊料中Ag的重量比为3％，Cu的重量比为0.5％，其余为Sn)熔炼的变质剂，其中Co重量百分比为8％，其余为Cu，合金粉末的粒径为20μm。将Sn-3％Ag-0.5％Cu焊料由熔炼温度500℃降温至290℃保温，浇铸或喷粉前加入所述的变质剂粉末与Sn-3％Ag-0.5％Cu焊料按照重量比为1:100混合，并施加频率为50KHz，磁场强度6kA/m的交变磁场进行搅拌，5分钟后去除变质剂进行浇铸或喷粉。
[0035] 实施例3
[0036] 一种用于SnAgCu焊料(焊料中Ag的重量比为3％，Cu的重量比为0.5％，其余为Sn)熔炼的变质剂，其中Co重量百分比为9％，其余为Cu，合金粉末的粒径为50μm。将SnAgCu焊料由熔炼温度500℃降温至280℃保温，浇铸或喷粉前加入所述的变质剂粉末与Sn-3％Ag-0.5％Cu焊料按照重量比为1:100混合，并施加频率为60KHz，磁场强度6kA/m的交变磁场进行搅拌，5分钟后去除变质剂进行浇铸或喷粉。
[0037] 实施例4
[0038] 一种用于SnAgCu焊料(焊料中Ag的重量比为1％，Cu的重量比为0.7％，其余为Sn)熔炼的变质剂，其中Co重量百分比为8％，其余为Cu，合金粉末的粒径为100μm。将SnAgCu焊料由熔炼温度500℃降温至300℃保温，浇铸或喷粉前加入所述的变质剂粉末与Sn-1％Ag-0.7％Cu焊料按照重量比为1:100混合，并施加频率为55KHz，磁场强度6kA/m的交变磁场进行搅拌，5分钟后去除变质剂进行浇铸或喷粉。
[0039] 实施例5
[0040] 一种用于SnAgCu焊料(焊料中Ag的重量比为0.3％，Cu的重量比为0.7％，其余为Sn)熔炼的变质剂，其中Co重量百分比为8％，其余为Cu，合金粉末的粒径为100μm。将SnAgCu焊料由熔炼温度500℃降温至300℃保温，浇铸或喷粉前加入所述的变质剂粉末与Sn-0.3％Ag-0.7％Cu焊料按照重量比为1:100混合，并施加频率为56KHz，磁场强度7kA/m的交变磁场进行搅拌，7分钟后去除变质剂进行浇铸或喷粉。
[0041] 实施例6
[0042] 一种用于SnCu焊料(焊料中Cu的重量比为0.7％，其余为Sn)熔炼的变质剂，其中Co重量百分比为8％，其余为Cu，合金粉末的粒径为80μm。将SnCu焊料由熔炼温度500℃降温至300℃保温，浇铸或喷粉前加入所述的变质剂粉末与Sn-0.7％Cu焊料按照重量比为1:100混合，并施加频率为60KHz，磁场强度8kA/m的交变磁场进行搅拌，10分钟后去除变质剂进行浇铸或喷粉。
[0043] 对实施例1经过变质处理的焊料，进行金相显微镜拍照，结果如图4所示。对同样的焊料，不经过本发明的变质处理，其焊粉组织及颗粒形貌图如图5所示。通过对比图4和图5，本实施例1的焊料能够在喷粉时得到尺寸更加均匀的颗粒，焊粉的球形度也有所提高。
[0044] 对实施例5经过变质处理的焊料进行金相显微镜拍照，如图6所示。对同样的焊料，不经过本发明的变质处理，其焊点表面收缩图如图7所示。通过对比图6和图7，本实施例1的焊料获得的焊点不均匀收缩得到改进。
[0045] 对其他实施例经过变质处理的焊料，进行同样的测试，均能得到同样的结果，即尺寸更加均匀的颗粒，焊粉的球形度也有所提高，且焊点不均匀收缩得到改进。
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