[01616150]一种Sn-Cu-Al系无铅焊料的制备方法

○1课题来源和背景传统锡铅焊料中的铅作为有毒的重金属在电子产品废弃过程中,严重污染环境,威胁人类健康,而含铅焊料的禁用与限用已经成为电子行业发展的硬性要求。无铅焊料的研究与开发需要从以下方面考虑其是否满足使用性能的要求：1)低熔点;2)合适的电导率、热导率、热膨胀系数等物理性能;3)与现有元件基板、引线及PCB材料的润湿性良好;4)足够的机械力学性能：剪切强度、蠕变抗力、等温疲劳抗力、热机疲劳抗力、金属学组织的稳定性。除了满足性能的要求之外,研发的新型无铅焊料还需要考虑经济适用性。在一系列已被开发和研究的无铅焊料中,Sn-Cu系价格最为低廉,且易于回收利用,但由于其共晶成分中Sn的含量较多,组织中形成大量的富锡相,且形成的IMC（Cu6Sn5）分布较为集中,导致锡铜焊料的常温下表现出较差的力学性能。微量Al元素的添加不仅形成了新的增强相,而且使IMC的分布更为分散,从而提高Sn-Cu共晶焊料的力学性能。然而在制备Sn-Cu-Al合金方面,由于该体系在热力学上表现出相当大的互熔斥力,若使用传统铸造熔炼工艺,微量铝元素难以均匀分布在合金当中,达不到成分设计的理想效果。 ○2技术原理与性能指标本发明的目的是提供一种Sn-Cu-Al系无铅焊料的制备方法,采用球磨压片与真空电弧熔炼技术相结合;严格控制球磨过程中的各项参数,使球磨混合性好,保证后续熔炼过程中组织的均匀性,解决了传统铸造熔炼工艺中互熔斥力较大的Sn-Cu-Al体系合金组织不够均匀的难题。 ○3技术的创造性与先进行 1、本发明在球磨过程中,严格控制球磨的球料比、转速及粒径,有利于原料粉末的细化,促进组织的细化,改善合金粉末的均匀性。 2、本发明添加微量的铝元素,通过球磨参数的优化均匀混合在粉末中,使其在后续真空电弧熔炼过程中形成的增强相均匀分布在锡铜基体中成为可能,克服了传统工艺中铝在锡合金中独立凝结、不易互熔、不易形成弥散分布的增强相的技术问题,得到的Sn-Cu-Al合金成品组织中含有铝增强相,晶粒也更为细化,合金维氏显微硬度值为22.16HV,与使用传统的熔炼铸造工艺获得的维氏显微硬度值13HV相比,提高了170%。 ○4技术的成熟程度,适用范围和安全性本发明结合粉末冶金与真空熔炼技术来制备Sn-Cu-Al系无铅焊料,使得制备出来的Sn-Cu-Al合金组织固溶效果与均匀化效果理想,性能优良,硬度强。