專利名稱：高溫焊料的低溫使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫焊料焊接方法領(lǐng)域，特別涉及到一種能夠在低溫下實現(xiàn)高溫 焊料焊接的方法，可以實現(xiàn)多種材料之間的連接。
背景技術(shù)：
在目前常用的連接工藝中，焊接技術(shù)基本能實現(xiàn)各種材料之間的連接。在廣
泛應(yīng)用的軟釬焊技術(shù)中，焊接材料主要是熔點相對較低的錫基焊料SnPb、 SnAg、 SnCu、 SnZn、 SnBi等體系。熔化溫度都在25(TC以下，所形成的焊點在使用溫 度接近15(TC 20(TC時可靠性大大降低，因而在有特殊需要的場合，比如在高溫 氣氛下(例如接近車用發(fā)動機)工作的電子元器件，就需要使用耐高溫的焊料。
而通常使用的高溫焊料，如SnPb95等熔點在30(TC以上，在通常使用的焊 接過程中，都需要加熱到悍料的熔點溫度或者熔點溫度以上，這樣使得焊接部位 溫度高，易引起部件發(fā)生熱變形和扭曲，另外，設(shè)備所需承受的溫度也較高，致 使工藝條件苛刻，成本提高。
另外，很多元器件或者材料由于承受溫度較低，致使很多焊料無法使用，比 如電子元器件焊接溫度過高，會引起器件損壞；另外溫度過高，容易引起焊接接 頭腐蝕嚴(yán)重。所以焊接溫度不能太高。為了解決上述問題，需要一種焊接方法， 能夠?qū)崿F(xiàn)在相對較低的溫度下焊接，而焊接后的界面和焊點能夠耐高溫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有中的不足，提供了一種高溫焊料的低溫使用方法，具有 許多優(yōu)良特性能夠在低溫下實現(xiàn)焊接；焊接后焊點或者焊接界面有優(yōu)良的導(dǎo)電 性和導(dǎo)熱性、高的可靠性和耐高溫性、優(yōu)良的抗坍塌性；并且能夠在連續(xù)焊接的 前期過程中使用。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
a、 焊接材料的準(zhǔn)備由低溫焊錫粉SnPb、 SnBi、 SnAg、 SnAgCu、 SnZn、 SnCu、 SnSb合金中的一種以上和Ni、 Ag、 Cu、 Ti中一種以上組成的高溫合金 粉混合，再加上助焊劑配制而成；其中占焊料總量的質(zhì)量百分比為Ni: 3 5%， Ag: 10~21%， Cu: 12~15%， Ti: 3~6%。
b、 準(zhǔn)備待焊接的對象，將焊料添加至待焊接處；
c、 根據(jù)所用焊料種類不同，將焊料和待焊接對象加熱到23CTC—35(TC之間， 然后冷卻實現(xiàn)材料之間的連接。
在低溫焊錫粉和Ag、 Cu、 Ti金屬粉的粒度在100^im以下，且焊錫粉中含有 不超過0.5%的不可避免的雜質(zhì)，其雜質(zhì)為In、 Ga、 Ge、 Al、 Cr、 Co、 Fe、 P中 的一種或幾種。
在焊接時，將配置好的焊膏以涂敷方式、點膠方式或網(wǎng)印方式于需焊接元器 件的表面，根據(jù)焊接材料的不同選擇加熱過程中不同的峰值溫度，焊膏中低熔點 成份(SnBi、 SnPb、 SnZn等)先熔化，相對較高熔點的合金(SnCu， SnSb等) 后熔化，然后高熔點金屬粉Cu、 Ag、 Ti、 Ni等在熔融的同時也和低熔點焊粉以 焊接方式牢固結(jié)合，從而實現(xiàn)元器件之間的連接。
另外，如上所述的焊接方法，由于在加熱過程中，低熔點合金優(yōu)先熔化，高 熔點的合金形成骨架，從而使焊接過程中具有優(yōu)良的抗坍塌性。
本發(fā)明的原理利用一種用焊錫材料和高溫金屬粉、助焊劑制成的焊膏，將 待焊接部件表面涂上焊膏，并在低溫下逐步加熱進行焊接。焊膏的成分可以是 SnPb、 SnBi、 SnAg、 SnAgCu、 SnZn、 SnCu、 SnSb合金中的一種以上和高溫合 金粉Ag、 Cu 、 Ni、 Ti中的一種以上合金混合再加上助焊劑配制而成。合金悍料
在加熱過程中低熔點的合金先熔化，繼續(xù)加熱，借助熱傳導(dǎo)方式將熱量以階梯式 一步一步傳導(dǎo)，使焊料中合金按照熔點由低到高的順序依次熔化，低熔點合金成 分先熔化，高熔點合金成分后熔化，部分合金成分由于熔點過高，不會在低溫下 短時間內(nèi)熔化，但是會和低熔點元素在加熱狀態(tài)下實現(xiàn)焊料之間的焊接，從而實 現(xiàn)材料之間的連接。并且可以根據(jù)材料需要添加特殊性能的合金元素，比如在焊 料中添加Ag、 CU、 Ni、 Ti等元素，焊接后均勻分散在焊接層或焊點中，具有優(yōu) 良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能，從而優(yōu)化焊接層整體性能。另外，在加熱過程中，低熔 點合金優(yōu)先熔化，高熔點的合金形成骨架，從而使焊料在焊接過程中具有優(yōu)良的 抗坍塌性。另外，焊接部件在高溫、熱沖擊等條件下服役工作時，焊料中高熔點 合金成分和低熔點合金會更進一步結(jié)合，從而提高焊接部位的可靠性。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明公開的一種能夠在低溫下實現(xiàn)高溫焊料焊接的方法及 應(yīng)用，能在不改變其焊接性能的條件下，實現(xiàn)低溫下材料之間的焊接，并且避免 元器件和材料在高溫下的受損，同時也提高了焊點在高溫使用過程中的可靠性； 另外在焊接材料中添加特殊性能得合金能優(yōu)化焊接層的性能；含有SnZn焊料的 焊膏在經(jīng)過表面抗氧化處理后能實現(xiàn)鋁材的焊接；低溫下焊接能減少熱源的使 用，降低設(shè)備成本，是一種較為理想的焊接方法。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明迸行詳細(xì)說明。應(yīng)該聲明的是，所屬的實施例僅涉 及本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，在不脫離本發(fā)明思想的情況下，各種成份及含量的變 化和改進都是可能的。
以下技術(shù)方案詳細(xì)敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例
實施例1:稱取粒度分布為25um 45um的SnPb37粉末85g和純Cu粉15g， 充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為12%的松香型助焊劑制成焊錫 膏。將焊錫膏涂敷于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱
曲線，加熱過程中峰值溫度為23(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例2:稱取粒度分布為25nm~45|um的SnBi58粉末40g， SnCu0.7粉末 20g， SnAg3.5粉末35g和純Ni粉5g，充分混合，然后添加占焊料總量的重量百 分比為11%的松香型助焊劑制成焊錫膏。將焊錫膏印刷于需焊接電子元器件的表 面，然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱曲線，加熱過程中峰值溫度為240°C，實現(xiàn) 元器件之間的連接。
實施例3:稱取粒度分布為25pm 75(im的SnBi58粉末88g和純Cu粉12g， 充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為12%的松香型助焊劑制成焊錫 膏。將焊錫膏涂敷于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱 曲線，加熱過程中峰值溫度為21(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例4:稱取粒度分布為20inm 38]Lim的SnAg3.5粉末85g和純Cu粉15g， 充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為13%的松香型助焊劑制成焊錫 膏。將焊錫膏涂敷于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱 曲線，加熱過程中峰值溫度為25(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例5:稱取粒度分布為25pm~45|im的SnAg3.0Cu0.5粉末94g和純Ti 粉6g，充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為11%的松香型助焊劑制成 焊錫膏。將焊錫膏涂敷于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流悍爐中，調(diào)整 加熱曲線，加熱過程中峰值溫度為25(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例6:稱取粒度分布為25nm 45pm的SnBi58粉末79g和純Ag粉21g， 充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為12%的松香型助焊劑制成焊錫 膏。將焊錫膏印刷于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱 曲線，加熱過程中峰值溫度為21(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例7:稱取粒度分布為25|um 45jum的SnCu0.7粉末94g和純Ni粉3g、 純Ti粉3g，充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為12%的松香型助焊 劑制成焊錫膏。將焊錫膏印刷于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流焊爐中， 調(diào)整加熱曲線，加熱過程中峰值溫度為25(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例8:稱取粒度分布為25|um~45(im的SnZn9粉末80g和純Ag粉20g， 充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為13%的松香型助焊劑制成焊錫 膏。將焊錫膏點膠于需焊接電子元器件的表面，然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱 曲線，加熱過程中峰值溫度為23(TC，實現(xiàn)元器件之間的連接。
實施例10:稱取粒度分布為3^im 15(im的SnAg3.0Cu0.5粉末70g、純Sn 粉13g和純Cu粉12g、純Ti粉5g充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比 為13%的松香型助焊劑制成焊錫膏。將焊錫膏印刷于需焊接電子元器件的表面， 然后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱曲線，加熱過程中峰值溫度為240°C，實現(xiàn)元器 件之間的連接。
實施例ll:稱取粒度分布為25nm 45nm的SnPb37粉末54g， SnZn9粉末 30g和純Cu粉13g，純Ni粉3g充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為 13%的松香型助焊劑制成焊錫膏。將焊錫膏涂敷于鋁散熱片和鋁基板的表面，然 后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱曲線，加熱過程中峰值溫度為230°C，實現(xiàn)鋁散熱 器的焊接。
實施例12:稱取SnAg0.3Cu0.7焊錫膏36g， SnZn8Bi3焊錫膏20g， SnBi58 焊錫膏30g，和純Cu粉14g，充分混合，然后添加占焊料總量的重量百分比為 13%的松香型助焊劑制成焊錫膏。將焊錫膏涂敷于需焊接電子元器件的表面，然 后置于回流焊爐中，調(diào)整加熱曲線，加熱過程中峰值溫度為240°C，實現(xiàn)元器件 之間的連接。
權(quán)利要求
1、一種高溫焊料的低溫使用方法，其特征在于包括如下步驟 a、焊料的準(zhǔn)備由低溫焊錫粉SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一種以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一種以上組成的高溫合金粉混合，再加上助焊劑配制而成；其中占焊料總量的質(zhì)量百分比為Ni3-5％，Ag10-21％，Cu12-15％，Ti3-6％。b、準(zhǔn)備待焊接的對象，將焊料添加至待焊接處；c、根據(jù)所用焊料種類不同，將焊料和待焊接對象加熱到230℃—350℃之間，然后冷卻實現(xiàn)材料之間的連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫焊料的低溫使用方法，其特征在于步 驟c在加熱過程中，合金焊料中低熔點的合金先熔化，繼續(xù)加熱，借助熱傳導(dǎo)和 助焊劑的氧化還原反應(yīng)，將熱量以階梯式一步一步傳導(dǎo)，使焊料中合金按照熔點 由低到高的順序依次熔化，Ag、 Cu、 Ni、 Ti金屬由于熔點過高，短時間內(nèi)不會 在低溫下熔化，但是會和Sn、 Zn元素在加熱狀態(tài)下實現(xiàn)粉末間的焊接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫焊料的低溫使用方法，其特征在于Ni 金屬粉的粒度范圍為5.1 100pm之間，低溫焊錫粉和Ag、 Cu、 Ti金屬粉的粒 度在lOOpm以下，且焊錫粉中含有不超過0.5%的不可避免的雜質(zhì)，其雜質(zhì)為In、 Ga、 Ge、 Al、 Cr、 Co、 Fe、 P中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊料焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高溫焊料的低溫使用方法，包括以下步驟a.焊料的準(zhǔn)備由SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一種以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一種以上組成的高溫合金粉混合，加上助焊劑配制而成；其中質(zhì)量百分比為Ni3～5％，Ag10～21％，Cu12～15％，Ti3～6％；b.準(zhǔn)備待焊接的對象，并將焊料添加至待焊接處；c、根據(jù)所用焊料種類不同，將焊料和待焊接對象加熱到230℃-350℃之間，然后冷卻實現(xiàn)材料焊接。此種焊接方法在焊接過程中有優(yōu)良的抗坍塌性，焊接后的焊點或者焊接面具有優(yōu)良的導(dǎo)線性能和導(dǎo)熱性能。
文檔編號B23K1/00GK101362238SQ20071012015
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者品 張, 駿 徐, 強 胡, 賀會軍, 趙朝輝 申請人:北京康普錫威焊料有限公司;北京有色金屬研究總院