一種低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于鋁低溫軟釬焊的材料，特別是涉及一種用于鋁的低溫軟釬焊 且焊后低殘留、低腐蝕的錫膏及其制備方法，該錫膏適用于LED照明行業(yè)板級封裝中芯片 組件與鋁制散熱基座的直接表面貼裝釬焊連接，也可以用于電子電器與家電行業(yè)中鋁制品 和結(jié)構(gòu)及鋁制散熱器或熱交換設(shè)備的低溫軟釬焊。 技術(shù)背景
[0002] 由于銅的成本較高且銅價受市場波動影響較大，鋁在電子制造行業(yè)中的應(yīng)用越來 越受到關(guān)注。鋁不僅具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，并且具有合適的強(qiáng)度、較好的耐蝕性及較 低的成本。但鋁表面有一層致密而牢固的氧化膜，使低溫軟釬焊難以順利進(jìn)行。目前電子 電器和照明燈具等行業(yè)中相當(dāng)大部分的鋁器件或結(jié)構(gòu)采用擠壓或螺紋連接，不僅效率低， 而且連接可靠性不高，對產(chǎn)品性能和使用壽命有顯著影響。如果采用釬焊這種低溫焊接方 式實現(xiàn)電子電器和照明燈具等產(chǎn)品中鋁制構(gòu)件或部件的牢固而持久可靠的連接，則可顯著 提高產(chǎn)品的性能并延長其使用壽命。因此解決鋁的低溫軟釬焊問題具有重要的工程應(yīng)用意 義。
[0003] 采用錫膏實現(xiàn)鋁制精密器件或結(jié)構(gòu)的高效率軟釬焊是一種具有很好生產(chǎn)應(yīng)用價 值的方法。該方法中錫膏作為一種極為關(guān)鍵的連接材料，其性能的好壞直接決定產(chǎn)品焊接 質(zhì)量和使用性能的優(yōu)劣。錫膏是由助焊劑和釬料合金粉末組合而成的膏狀混合物。采用錫 膏進(jìn)行鋁軟釬焊工藝中的第一步是利用錫膏助焊劑中的強(qiáng)活性物質(zhì)有效地去除鋁表面致 密而牢固的氧化膜，然后錫膏中的錫釬料合金粉末熔化并潤濕待焊表面同時與之發(fā)生冶金 反應(yīng)而實現(xiàn)連接。然而錫膏助焊劑中的強(qiáng)活性物質(zhì)在與釬料合金粉末長期混合接觸時易腐 蝕金屬顆粒表面，不僅降低了助焊劑的活性，而且引起錫膏發(fā)干等問題而影響其印刷性能； 此外，錫膏助焊劑中的強(qiáng)活性物質(zhì)若在焊后殘留于焊點內(nèi)及其周圍，容易造成焊點的強(qiáng)烈 腐蝕，可顯著降低焊點服役壽命。
[0004] 錫膏設(shè)計和制備時并不是簡單地將釬料合金粉末與助焊劑進(jìn)行混合。錫膏質(zhì)量的 好壞與成分配比和制備工藝密切相關(guān)，而且助焊劑和釬料合金粉末之間的相互作用和匹配 性也會影響錫膏的印刷和儲存性能。目前關(guān)于鋁軟釬焊的研宄主要集中于助焊劑和釬料合 金粉末，而對于鋁軟釬焊用錫膏的研宄卻很少。
[0005][0006][0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明旨在提出一種低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏及其制備方法，制得的錫膏具 有鋪展性好、焊后殘留少和腐蝕性低的特點，鋁軟釬焊錫膏于265°c溫度焊接時在鋁基板上 鋪展后的殘留率均低于48%，焊點耐腐蝕壽命大于20天。
[0009] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0010] 一種低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏，以重量百分比計算，原料組成為：
[0011] 錫基釬料合金粉末 75.0~90.0% 四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽 6.0~21.0% 金屬鹽成膜劑 0.5~5.0% 有機(jī)增粘劑 0.2~4.0% 觸變劑 0.2~2.0%
[0012] 緩蝕劑 0.01~0.25%
[0013] 所述錫基釬料合金粉末為SnAgCu合金、SnBi合金和SnPb合金中的一種；
[0014] 所述金屬鹽成膜劑為錫化合物和鋅化合物中的一種或者多種；
[0015] 所述有機(jī)增粘劑為聚異丁烯、聚乙二醇200-4000、松香酸甘油酯和硬脂酸甘油酯 中的一種或多種；
[0016] 所述觸變劑為氫化蓖麻油、ST改性氫化蓖麻油、改性聚酰胺和聚乙烯蠟中的一種 或多種；
[0017] 所述緩蝕劑為苯并三氮唑、咪唑啉和吡嗪類中的一種或多種；
[0018] 所述四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽通過如下方法制備：將四羥丙基乙二胺和氫氟酸分 別用無水乙醇稀釋至質(zhì)量濃度為40-60%和15-30%;將稀釋后的氫氟酸逐漸滴入已稀釋的 四羥丙基乙二胺中，直至PH為5. 5~7. 0 ;將滴定好的溶液在100~120°C下蒸發(fā)2~5小 時，冷卻后得到四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽。
[0019] 為進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述錫化合物為氧化亞錫、氟化亞錫、氟硼酸 亞錫、氯化亞錫和溴化亞錫中的一種或多種。所述鋅化合物為氧化鋅、氟化鋅、氟硼酸鋅、氯 化鋅和溴化鋅中的一種或多種。
[0020] 所述蒸發(fā)的時間優(yōu)選為2~5小時。
[0021] 所述低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏于265°C溫度焊接時在鋁基板上鋪展后的殘留 率均低于48%。
[0022] 所述低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏的焊點耐腐蝕壽命大于20天。
[0023] 所述的低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏的制備方法，包括以下步驟：
[0024] 1)將四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽投入反應(yīng)釜中，加熱至120~150°C，使其全部熔 融；
[0025] 2)加入金屬鹽成膜劑、有機(jī)增粘劑、觸變劑和緩蝕劑，加熱溫度維持在120~ 150°C直至添加劑全部溶解，隨后冷卻至室溫并靜置48-96小時后獲得助焊劑膏體；
[0026] 3)將錫基釬料合金粉末與助焊劑膏體混合均勻，得低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊用錫 膏。
[0027] 所述混合均勻優(yōu)選使用真空攪拌機(jī)混合。
[0028] 本發(fā)明鋁軟釬焊錫膏在釬焊加熱過程中，四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽分解為堿性和 酸性兩部分，酸性部分物質(zhì)為氫氟酸，能與鋁表面氧化物發(fā)生作用起到去膜作用，且大部分 反應(yīng)產(chǎn)物能在焊接過程中揮發(fā)。在焊接過程，由于Al的電極電位高，能和錫、鋅金屬鹽發(fā)生 置換反應(yīng)，形成錫鋅金屬層，該置換反應(yīng)金屬層能與Al形成良好的冶金結(jié)合，促進(jìn)釬料的 潤濕和冶金反應(yīng)。從而釬料能夠順利鋪展，獲得強(qiáng)度高而低殘留的焊點。
[0029] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0030] 1)本發(fā)明采用的四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽不僅具有較強(qiáng)活性，能夠有效去除鋁表 面氧化膜，而且在焊接過程中形成的產(chǎn)物能大量揮發(fā)，因而焊后殘留少、腐蝕性小。
[0031] 2)本發(fā)明錫膏在焊接過程中無明顯氣泡產(chǎn)生，不揮發(fā)出刺激性煙霧。
[0032] 3)本發(fā)明由于選取了四羥丙基乙二胺和氫氟酸滴定，形成的物質(zhì)在常溫下對釬料 合金腐蝕小，制備的錫膏不易發(fā)干、不結(jié)皮，易于錫膏印刷。
[0033] 4)本發(fā)明助焊劑儲存性好，活性穩(wěn)定，規(guī)模化生產(chǎn)時適用性好。
[0034] 5)本發(fā)明鋁軟釬焊錫膏，可在250°C以下溫度對鋁進(jìn)行焊接，并獲得較好的焊接 效果。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，需要說明的是，實施例并不構(gòu)成對本 發(fā)明要求保護(hù)范圍的限制。以下實施例中的組分含量均以重量百分比計。
[0036] 實施例1
[0037] -種低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏，釬料合金粉末為Sn3. OAgO. 5Cu，錫膏中各成 分按重量百分比如下：
[0038] Sn-3.0Ag-0.5Cu 釬料合金粉末 86.0% 四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽 9.9% 氧化鋅 2.1% 氟化亞錫 0.9% 聚異丁烯 0.55% 氫化蓖麻油 0.5% 苯并三氮唑 0.05%
[0039] 制備方法：將四羥丙基乙二胺和氫氟酸分別用無水乙醇稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60% 和30%左右；將稀釋后的氫氟酸逐漸滴入已稀釋的四羥丙基乙二胺溶液中，直至PH為5. 5 ; 然后將滴定好的溶液在120°C下蒸發(fā)2小時，冷卻后得到四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽。
[0040] 稱取99. 0克羥丙基乙二胺氫氟酸鹽投入反應(yīng)釜中，加熱至150°C，使其全部熔融 并保持溫度不變；然后在熔融酸銨鹽中加入氧化鋅21. 0克、氟化亞錫9. 0克、聚異丁烯5. 5 克、氫化蓖麻油5. 0克、苯并三氮唑0. 5克，攪拌均勻，冷卻至室溫即獲得助焊劑膏體并靜置 48小時；最后將Sn3. OAgO. 5Cu釬料合金粉末860. 0克混入制備的助焊劑膏體中，使用真空 攪拌機(jī)進(jìn)行均勻混合，獲得鋁軟釬焊用低殘留低腐蝕性錫膏1千克。
[0041] 實施例2
[0042] 一種低殘留低腐蝕的鋁軟釬焊錫膏，釬料合金粉末為Sn-58Bi，錫膏中各成分按重 量百分比如下：
[0043] Sn-58Bi釬料合金粉末 75.0% 四羥丙基乙二胺氫氟酸鹽 2].0% 氟化鋅 1.5% 氟硼化亞錫 1.5% 聚乙二醇200 0.5% ST改性氫化蓖麻油 0.25% 吡嗪類 0 25%
[0044] 制備方法：將四羥丙基乙二胺和氫氟酸分別用無水乙醇稀釋至質(zhì)量濃度為40% 和15%;將稀釋后的氫氟酸逐漸滴入已稀釋的四羥丙基乙二胺溶液中，直至PH為7.0;然后 將滴