本发明总体上涉及用于电子元件和基于铜合金或其他金属(例如镍或铋合金或锡合金)的元件的无铅焊料，其中sia是一种基于锡(sn)和铋(bi)，且含有少量的银(ag)和铜(cu)的合金。
背景技术：
：传统上用于电子设备的焊接元件的合金是sn/pb，其共晶成分的质量百分比为sn60pb40或sn63pb37，熔化温度为183℃。2006年，由于铅有毒性，所以完全禁止用于合金，欧洲电气电子设备有害物质限制指令rohs自2016年起生效。基于这一法律规定的义务，随着新合金获得许可，所有电子制造商均已转向使用sac305或sn-cu或sn100c，这些合金的熔化温度介于217℃至227℃之间，而sn-bi合金由于其140℃的低熔化温度和高脆性而遭拒。竞争对手已进行大量研究，以提高合金在潮湿或温度应力环境下的强度、可湿性和耐用性。因此，用于波动设备和回流熔炉的温度设置非常高，通常介于265℃至285℃之间。这些温度过高，不符合元件规格。此外，合金sac305、sn-cu、sn100c也具有中等可湿性和耐用性。自2006年以来，尚未发现任何合金在不含铅(pb)或不含铟(in)或金(au)等贵金属的情况下达到183℃的熔化温度目标。2018年，interflux公司在市场上推出一种名为lmpa的新合金。此合金的熔点为176℃，并通过添加锑(sb)增加强度。由于这种lmpa合金的实际固化温度仅为155℃，并且在对使用其焊接的元件应用机械塞块时非常脆，因此其存在许多问题。目前使用的合金存在许多问题，例如焊接困难、耐用性低、成本高、高加工温度导致的元件退化、元件返工困难、电力消耗、为减少浮渣形成而使用氮气、机器应力、焊料内部空隙等。技术实现要素：为克服上述缺点，本发明的目的在于提供以一种新合金完全取代过去使用的sn-pb合金，并非增强现有合金，发明的合金名称为sia(supremeimprovedalloy的缩写)，译为“最优改良合金”。一种无铅焊料合金，其合金成分的重量百分比为：70-75％的锡(sn)、25-30％的铋(bi)、0-1％的银(ag)和0-0.5％的铜(cu)。优选地，在其中添加至少一种其他元素，且质量百分比为0.01％至1％，其他元素为：镍(ni)、钴(co)、锌(zn)、锗(ge)、磷(p)、铟(in)、镁(mg)、钕(nd)、钛(ti)和铼(re)。一种命名为sia的无铅焊料合金，其合金成分的重量百分比为：72％的锡(sn)、27.2％的铋(bi)、0.5％的银(ag)和0.3％的铜(cu)。优选地，无铅焊料合金，其形态是焊膏。优选地，无铅焊料合金，其形态还可以是焊棒或焊粉或焊丝。优选地，其不同形态的无铅焊料合金能将电子元件焊接在基板或电路板上。优选地，其不同形态的无铅焊料合金能焊接金属。附图说明图1的左图为sac305合金的横截面示例，非均匀；右图为sia的横截面示例，均匀晶粒；图2为根据合金破损情况显示的机械冲击测试(g)。具体实施方式下面结合图表对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。本实施例中的一种新合金完全取代过去使用的sn-pb合金，并非增强现有合金，发明的合金名称为sia(supremeimprovedalloy的缩写)，译为“最优改良合金”。新合金的目标要求是：183℃的熔化温度；无铅；相比sac305，成本降低；对铜和电子元件具有良好可湿性；低焊膏相温度分布；符合rohs；抵抗机械冲击和振动的良好强度；将机器设置保持为sn-pb合金设置符合电子元件在温度方面的规格；无晶须形成；减少金属间化合物层；与水或酒精基焊剂兼容；在寿命期间表现良好；良好的导电和导热性能；能够生产焊丝；减少碳排放量。为寻找可使用的金属，行业人员已进行许多混合金属和熔化测试。通过使用锡(sn)和铋(bi)金属，达到熔化温度为182/183℃的第一个目标，其中一个重要特征是在锡中完全稀释铋，从而限制共晶形成。经测定，锡(sn)的可能成分限值介于70％至75％之间，因此铋(bi)为25％至30％。最佳成分为锡(sn)含量占72％，以达到183℃的熔化温度。由于锡合金中含有铋，因此存在强度问题，因为锡/铋合金较脆。问题的根本在于凝固形态和金属共晶形成。本发明的目标是解决这一形态问题和脆性。为限制和抑制凝固期间的共晶和不均质成分形成，必须对内部结构进行均质修改和测定。最佳金属结构可获得规则的晶粒和晶粒间的连接，从而用作标准金属。发明人需要避免晶体形成。为实现此目标，质量添加剂的数量需较低，并且不超过合金总重量的1％。发明人需要选择可能的添加剂，例如铜(cu)、银(ag)、镍(ni)、钴(co)、锌(zn)、锗(ge)、磷(p)、铟(in)、镁(mg)、钕(nd)、钛(ti)和铼(re)。由于碲(te)和结晶形态的锑(sb)在锡中不可稀释，因此te和sb不可用。较好的添加剂为银和铜，这是因为其与锡制合金和铜制印刷电路板具有良好润湿性。此外，银和铜具有非常好的导电和导热性能。这两种添加剂将在sn/bi晶粒之间产生良好结合，并在所有合金结构中产生良好的路径传导，本发明的预期和所获结果均具有非常好的机械强度质量。本发明也选择使用铜，以减少印刷电路板上轨道的铜稀释，铜稀释减少降低了轨道和元件之间金属间化合物层的厚度，结果是焊料具有更优强度。sia合金的最佳成分为：锡72％、铋27.2％、银0.5％、铜0.3％。结果优异，所有目标均已实现。熔化温度为182℃，机械冲击结果比sac305合金好80％，请参见图1中与sia进行比较的sac305合金的横截面示例。请参见表1中不同常用合金之间的机械冲击测试结果，将重量从0g到最大值的金属块跌落至元件(cms二极管)上，从145mm的高度跌落金属块。表1根据跌落金属块获得的焊料机械强度(g)测试编号12345平均值lmpa43.547.645.244.845.645.34sac305527568725865snpb115115115115115115sia114114114114114114sncu534348586252.8sia和snpb的结果相同，表格所示数据为增加了1g的滞后。在25℃的条件下测试。测试期间，当轨道撕破或元件断裂或支腿扭曲时，达到的最大结果为114/115g。根据本发明，已找到完全取代sn-pb合金的解决方案，且所有目标均已实现。以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种无铅焊料合金，其特征在于：其合金成分的重量百分比为：70-75％的锡(sn)、25-30％的铋(bi)、0-1％的银(ag)和0-0.5％的铜(cu)。
2.根据权利要求1所述的无铅焊料合金，其特征在于：在其中添加至少一种其他元素，且质量百分比为0.01％至1％，其他元素为：镍(ni)、钴(co)、锌(zn)、锗(ge)、磷(p)、铟(in)、镁(mg)、钕(nd)、钛(ti)和铼(re)。
3.一种命名为sia的无铅焊料合金，其特征在于：其合金成分的重量百分比为：72％的锡(sn)、27.2％的铋(bi)、0.5％的银(ag)和0.3％的铜(cu)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的无铅焊料合金，其特征在于：其形态是焊膏。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的无铅焊料合金，其特征在于：其形态是焊棒或焊粉或焊丝。
6.根据权利要求4-5中任一项所述的无铅焊料合金，其特征在于：其不同形态的无铅焊料合金能将电子元件焊接在基板或电路板上。
7.根据权利要求4-5中任一项所述的无铅焊接合金，其特征在于：其不同形态的无铅焊料合金能焊接金属。
技术总结本发明公开了一种SIA无铅焊料合金，用于焊接传统电子元件和表面贴装器件，SIA旨在完全取代锡铅合金，并具有182/183℃凝固温度，SIA设计符合电子元件规格，尤其是容许最高温度，SIA组成和微观结构设计可提高抗冲击和抗拉伸机械强度。在实施例中，SIA包含25‑30％铋(Bi)和0.1‑1％银(Ag)、0.1‑0.5％铜(Cu)(一种或两种)，其余为锡(Sn)。优选SIA成分为锡(Sn)72％、铋(Bi)27.2％、银(Ag)0.5％、铜(Cu)0.3％。可使用质量浓度为1％其他添加剂，例如镍(Ni)、钴(Co)、锌(Zn)、锗(Ge)、磷(P)、铟(In)、镁(Mg)、钕(Nd)、钛(Ti)、铼(Re)，SIA合金(最优改良合金)还可用于焊接铜和用作管道系统的其他材料，SIA合金可用于含有焊剂的焊膏、焊棒、焊粉或焊丝中。
技术研发人员：普鲁沃斯特.让-克劳德.卢锡安
受保护的技术使用者：普鲁沃斯特.让-克劳德.卢锡安
技术研发日：2020.03.05
技术公布日：2020.06.05
