弥散强化的铅-锡合金钎料制造技术

在铅－锡合金中加入最高可到５％（体积）的金属间化合物例如Ｎｉ－［３］Ｓｎ－［４］和Ｃｕ－［９］ＮｉＳｎ－［３］的微粒，结果形成弥散强化的合金，由此合金所得到的焊接接缝具有改进的强度和耐久性。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铅-锡合金钎料，特别是弥散强化的铅-锡合金钎料。对微型化日渐增长的需要和微电子工业中表面镶嵌技术的采用对钎料提出了更加严格的要求，这些钎料不但起着机械互连作用，而且在表面镶嵌器件(SMD)和印刷电路板之间起着电气插头的作用。在这些条件下所使用的焊接接缝由于温度的循环变化经常受到损坏。在电路底板加工中所用的高温过程中和由于环境及部件电力循环中温度波动的结果可能会产生这样的温度循环变化。由于在大多数部件和基片之间通常发生的固有的热膨胀不协调所引起的剪应力的发展，温度的循环变化往往使焊接接缝受到削弱，这些组件的使用温度相对于绝对熔点来说是相当高的。因此，这些钎料的显微组织在常用的操作条件下便趋于高度地不稳定。这些不稳定的显微组织导致再结晶和晶粒长大，从而使强度降低。所以焊接接缝便可能易于疲劳开裂。为了消除上述问题或减轻其程度，已发现在软熔后稳定钎料的显微组织是非常有益的。为了实现这种稳定作用，可以采用两种方法。一种方法是沉淀硬化，其中从固溶体中析出一种平衡相的细小均匀的弥散相。另一种方法是采用弥散强化，其中通过外加手段将附加材料引入钎料中。虽然两种方法均可产生强度较高和显微组织控制较好的焊接接缝，但这些方法的任一种的应用中都存在着一定的问题。沉淀硬化的方法由于几方面的原因而难以采用。所述原因包括所加入的材料必须与金属基体相适应;沉淀必须在严格限定的温度范围内仅从固态发生;由于使其形成的同样扩散过程很可能会使结果所产生的沉淀物迅速粗化，而这些粗化的沉淀物对焊接接缝的力学性能可能是有害的。另一种可以采用的方法是使用外来的弥散体，这种方法由于能较好的控制焊接接缝的显微组织因而优于沉淀硬化方法，此外，可以加入到金属基体中去的强化材料也有较大的选择余地。但是，微电子工业中所用的钎料在用于形成焊接接缝之前，通常必须经历熔化和再凝固过程。在这些过程中，固相常从熔体中被排斥出来，或在溶体中发生粒子团聚。所以人们认为，对于有用的弥散强化的铅-锡合金钎料的生产来说，必定意味着弥散于钎料中的材料当存在于焊接接缝时能抵制从熔体中排除并阻止粗化。希尔(Hill)等(见美国专利4，018，599)指出，在黄金中通过CeO2的弥散分布实现金接点的弥散强化。希尔等(美国专利4，018，630)指出在银中通过CeO2的弥散分布实现银接点的弥散强化。鲍恩斯太(Bornsteln)(美国专利4，834，939)指出一种银基接点材料，其中弥散分布有氧化镉和镍的微粒。但是这些专利中没有一份涉及到铅-锡合金钎料的弥散强化。瑞士专利CH 317，776指出一种铜镍钎料合金，其中弥散分布有1.1-1%(重量)的锌，在这份瑞士专利中，没有关于锌导致钎料弥散强化的提示。此外，在该瑞士专利中也没有任何提示说该专利所述主要用于偏压的铜-镍合金与用于制作焊接接缝的铅-锡钎料多少有一点相关。日本专利54-152493指出，由金-锡合金形成的焊接接缝可以通过加入少量镍而得到改善。这份日本专利还指出，焊接接缝的强度和硬度得到了改善，并且通过加热在焊接接缝形成过程中镍形成了Ni3Sn4。采用此专利的方法所产生的接缝的强化是由于沉淀硬化所致。因此，所形成的沉淀物(Ni3Sn4)的分布和数量和因此所致的接缝的强度便取决于所用的焊接工艺及随后的热处理。本专利技术的主要目的是，提供一种形成提高强度和耐久性的焊接接缝的铅-锡合金钎料。本专利技术的特定目的是提供改进的弥散强化的铅-锡合金钎料。本专利技术的另一目的是提供一种将两个部件钎焊在一起的方法，接缝具有改进的强度和耐久性。本专利技术的这些目的以及其他目的从下面说明书中将会明显地看出。按照本专利技术，制备了一种弥散强化的铅-锡合金钎料，它含有镍-锡金属间化合的镍-锡微粒或金属硫化物，其数量最高可到5%(体积)，其中微粒尺寸小于5微米。已发现，由本专利技术的新型钎料所形成的接缝与已知的铅-锡合金钎料相比具有显著改善的强度和耐久性，特别是在高温下。附图说明图1和3是由先有技术的钎料所形成的焊接接缝截面的显微照片。图2和4是由本专利技术的钎料所形成的焊接接缝截面的显微照片。本专利技术的钎料较好是含有0.5-5%(体积)的弥散微粒。弥散微粒的数量为0.2-2%(体积)最好。业已发现，加入小于5微米的微粒得到很好的结果。还发现，当粒度小于1微米时所得到的结果更好。当微粒为金属硫化物时，可以采用的微粒的实例有硫化铁和硫化锰。当微粒为金属间化合物时，微粒最好由镍-锡金属间化合物组成。这样的金属间化合物的实例是Ni3Sn4和Cu9NiSn3。可以用于形成本专利技术钎料的铅-锡合金钎料是由约60%的锡和约40%(重量)的铅组成的钎料和约含95%(重量)的铅和5%(重量)的锡的铅-锡钎料。为了更好地了解本专利技术，兹参考下述实施例和附图加以说明。制备含60%(重量)的锡和40%(重量)的铅的铅-锡合金钎料。将合金熔化后加入1-2%(体积)的Ni3Sn4微粒，粒度小于1微米。用合成的钎料将两块铜片焊接在一起。作为一个比较例，将同样形状的两块铜片同样地用铅/锡比相同但其中无Ni3Sn4弥散相的铅-锡合金钎料焊接在一起。将刚凝固的焊接接缝和凝固后在100℃保温29小时的焊接接缝分别制成磨片。图1示出用没有弥散粒子的铅-锡钎料所焊接的接缝在形成后立即制成的磨片的显微照片。图3示出在100℃下保持29小时后此钎料磨片的显微照片。图2示出用本专利技术的钎料焊接之后刚形成的接缝的磨片的显微照片。图4示出此接缝在100℃下保持29小时后的接缝磨片的显微照片。可以看出，用本专利技术所形成的接缝中的晶粒比用不含弥散微粒的钎料所形成的接缝的晶粒要细小得多。此外，如图4所示，用本专利技术钎料所产生的接缝中的晶粒即使在100℃下加热29小时也没有长大。如图3所示，由不含弥散微粒的钎料所产生的接缝中晶粒明显粗化和长大。晶粒的粗化和长大增加了对疲劳的敏感性，很可能导致接缝最终开裂。对比之下，由本专利技术的钎料所产生的接缝经同样热处理后呈细晶组织，因此出现疲劳和引起断裂的可能性要小得多。权利要求1.一种弥散强化的铅-锡合金钎料，其中含有最高可达5%(体积)的材料微粒，所述材料选自由镍-锡金属间化合物和/或金属硫化物组成的一组材料，所述微粒的尺寸小于5微米。2.权利要求1的钎料，其中有0.5-5%(体积)微粒。3.权利要求2的钎料，其中有0.2-2%(体积)微粒。4.权利要求3的钎料，其中微粒为金属硫化物的微粒。5.权利要求4的钎料，其中微粒尺寸小于1微米。6.权利要求5的钎料，其中微粒为硫化铁或硫化锰。7.权利要求3的钎料，其中微粒为镍-锡金属间化合物的微粒。8.权利要求7的钎料，其中微粒尺寸小于1微米。9.权利要求8的钎料，其中微粒为Ni3Sn4或Cu9NiSn3的微粒。10.权利要求6的钎料，其中铅-锡合金是由约60%(重量)Sn和约40%(重量)Pb所组成的合金，或为含约95%(重量)Pb和5%(重量)Sn的合金。11.权利要求9的钎料，其中铅-锡合金是由约60%(重量)Sn和约40%(重量)Pb所组成的合金，或为含约95%(重量)Pb和5%(重量)Sn的合金。12.由权利要求1的钎料所形成的焊接接缝。13.用铅-锡合金将两个部件钎焊在一起的方法，其特征在于，合金含有选自由镍-锡金属间化合物和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弥散强化的铅－锡合金钎料，其中含有最高可达５％（体积）的材料微粒，所述材料选自由镍－锡金属间化合物和／或金属硫化物组成的一组材料，所述微粒的尺寸小于５微米。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HS贝特拉贝特，OH伯泽尔，RH凯恩，S麦吉，T考尔菲尔德，
申请(专利权)人：菲利浦光灯制造公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]