【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料及其制备方法，属于电子材料类的钎焊材料领域。
技术介绍
1、钎焊作为材料连接的主要手段，为电子芯片封装和电路板连接提供了重要的技术保障。焊料是钎焊中电子元件组装和互连的重要载体，其耐用性和可靠性对于电子产品的功能和寿命非常重要。然而，由于铅会危害人类健康和生态环境，许多国家都有法律限制和使用传统sn-pb焊料。另一方面，现代电子封装技术的快速发展，对无铅焊料的综合性能提出了更高的要求。因此，迫切需要开发一种经济、无毒、环保、高性能的无铅焊料作为替代品。
2、snzn系无铅焊料具有经济、环保、机械性能良好、熔点适中等优点，可在不改变电子行业现有焊接设备的情况下广泛应用于电子设备的焊接过程，是最有希望取代sn-pb的无铅钎料合金。然而，市面上常用的sn-zn系焊料多为二元sn-9zn共晶焊料，其具有润湿性差、抗氧化性差和耐腐蚀性差等缺点，严重制约了sn-zn系焊料的大规模商业化应用。另一方面，由于sn-zn系焊料在熔炼过程中zn元素易挥发易氧化等特性，导致生产工艺不固定，严重限制了sn-zn系焊料的生产、保存和商业应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于改进常用的sn-9zn共晶焊料的缺陷，通过优化合金成分及配比，提供一种经济环保，熔点适中，润湿性、抗氧化性和耐腐蚀性能优良的sn-zn系五元无铅焊料。
2、有鉴于此，本专利技术提供了含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料，按质量百分比计算，采用如下
3、本专利技术的另一目的在于提供一种含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料的制备方法，具体包括以下步骤：
4、(1)炼制合金中间体snag：称取金属原料sn和ag，在真空条件下进行熔炼，炼完成后样品随炉冷却,得到合金中间体snag。
5、(2)炼制合金中间体snge：称取金属原料sn和粉末状半金属原料ge，在真空条件下进行熔炼，炼完成后样品随炉冷却，得到合金中间体中间体snge。
6、(3)炼制合金中间体snbi：称取金属原料sn和bi，在真空条件下进行熔炼，炼完成后样品随炉冷却，得到合金中间体snbi。
7、(4)炼制合金：称取步骤(1)中得到的合金中间体snag，称取步骤(2)中得到的合金中间体snge，称取步骤(3)中得到的合金中间体snbi，以及金属原料zn，在真空条件下进行熔炼。熔炼完成后样品先进行随炉冷却，之后再取出样品进行水淬冷却，最终得到sn-zn-ag-bi-ge合金样品。
8、优选的，本专利技术所述步骤(1)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4pa，温度升至800～1000℃，保温60～90min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
9、优选的，本专利技术所述步骤(2)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4pa，温度升至900～1000℃，保温60～90min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°
10、优选的，本专利技术所述步骤(3)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4pa，温度升至300～500℃，保温30～60min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
11、优选的，本专利技术所述步骤(4)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4pa，温度升至400～500℃，保温30～60min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
12、优选的，本专利技术所述步骤(4)中随炉冷却的炉温下降速度为8℃/min，冷却到300℃时，取出样品进行水淬冷却。
13、优选的，本专利技术所述的金属原料纯度为99.99％。
14、本专利技术的有益效果：
15、(1)本专利技术所述的一种含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料，是在传统电子焊料市场常用的共晶sn-9zn焊料的基础上，通过添加微量元素ag、bi和ge，并优化其含量制成。制备出的sn-zn-ag-bi-ge合金具有组织成分均匀，熔点适中，合金润湿性、抗氧化性及耐腐蚀性能优良等特点，大幅提升了sn-zn系焊料合金的钎焊及服役性能。
16、(2)本专利技术所述的一种含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料的制备方法，在传统无铅焊料合金制备方法基础上，充分考虑了金属ag和半金属ge的高熔点以及金属zn的易挥发特性。采用首先高温制备snag和snge合金中间体，再以低温制备snbi中间体及焊料合金的分步式熔炼方法，显著提升了焊料中ag、bi和ge的均匀分布率并降低了合金制备过程中zn元素的损失率，促进了合金的成分准确性及组织均匀性。
17、(3)在sn-zn合金中，通过复合加入ag、bi、ge合金元素后，焊料组织得到了显著的细化。合金中ag元素主要发挥了提高耐腐蚀性能作用，bi元素主要发挥了提高润湿性能作用，ge元素主要发挥了提高抗氧化性能作用。ag、bi、ge三种元素的共同加入，将会在合金中产生协同增强作用，共同提高焊料合金的润湿性、抗氧化性及耐腐蚀性等焊料综合性能。
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1.一种含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，所述无铅焊料按重量百分比，包含以下成分：Zn：9％，Ag：0.2～0.6％，Bi：0.25～0.75％，Ge：0.2～0.6％，余量为Sn。
2.根据权利要求1所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，所述无铅焊料是块体母合金、焊丝、焊球或焊粉。
3.权利要求1所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(1)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4Pa，温度升至800～1000℃，保温60～90min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
5.根据权利要求3所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4Pa，温度升至900～1000℃，保温60～90min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆
6.根据权利要求3所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(3)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4Pa，温度升至300～500℃，保温30～60min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
7.根据权利要求3所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(4)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4Pa，温度升至400～500℃，保温30～60min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
8.根据权利要求3所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(4)中随炉冷却的炉温下降速度为8℃/min。冷却到300℃时，取出样品再进行水淬冷却。
9.根据权利要求3所述含Ag、Bi、Ge的Sn-Zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，用到的金属原料纯度为99.99％。
...【技术特征摘要】
1.一种含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，所述无铅焊料按重量百分比，包含以下成分：zn：9％，ag：0.2～0.6％，bi：0.25～0.75％，ge：0.2～0.6％，余量为sn。
2.根据权利要求1所述含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，所述无铅焊料是块体母合金、焊丝、焊球或焊粉。
3.权利要求1所述含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(1)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4pa，温度升至800～1000℃，保温60～90min，熔炼炉体自动上下摇摆速率15～20r/min，摇摆角度±15°。
5.根据权利要求3所述含ag、bi、ge的sn-zn系无铅焊料及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中熔炼条件为：真空条件为1×10-4pa，温度升至900～1000℃，保温60～90...
【专利技术属性】
技术研发人员：李才巨，溥存继，易健宏，陆琼，徐尊严，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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