一種新型無(wú)鉛焊接材料及其助焊劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含錫和鋅的錫基合金無(wú)鉛焊接 材料及其助焊劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著ROHS在電子工業(yè)中的禁鉛指令的正式實(shí)施，能替代鉛合金材料的主要無(wú)鉛 材料就是錫銀銅合金。但是，錫銀銅合金材料的應(yīng)用難點(diǎn)不僅僅是要求回焊爐溫度比原來(lái) 鉛合金高25°C，而且其成本也比錫鉛合金高20%，更重要的是這個(gè)溫度的提高會(huì)大大降低 暴露元器件的穩(wěn)定性。錫鋅合金共晶合金的熔點(diǎn)與SnPb共晶的熔點(diǎn)（183)最為接近，并 可以在基本不改變現(xiàn)有的焊接設(shè)備和工藝的情況下進(jìn)行釬焊，所以Sn-Zn系無(wú)鉛焊料受到 了人們重視。然而由于鋅的活潑性大，易發(fā)生氧化，因此鋅的氧化阻礙了這種合金的應(yīng)用， 以色列無(wú)鉛焊接材料研發(fā)公司創(chuàng)新應(yīng)用了微合金化技術(shù)，通過(guò)添加第三種元素錳來(lái)達(dá)到目 的，通過(guò)加入錳能夠提高鋅的抗氧化能力，但錳的加入必須要尋求一種全新的化學(xué)輔助來(lái) 保證其良好性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供新型無(wú)鉛焊接材料，該焊接材料 在保持其共晶溫度的前提下可以有效抑制鋅的氧化。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：
[0005] 一種新型無(wú)鉛焊接材料，包括主體材料和助焊劑，其中：
[0006] 主體材料的質(zhì)量百分比組成為8-12%的鋅、0. 5-2%的錳以及余量的錫；
[0007] 助焊劑包括有機(jī)成分和經(jīng)氣體霧化技術(shù)處理的粉末化的主體材料，其質(zhì)量百分比 組成為2 %的有機(jī)成分和98 %的金屬粉末。
[0008] 進(jìn)一步地，主體部分還包括質(zhì)量百分比為0.05-0. 8 %的銻以及質(zhì)量百分比為 0· 05-0. 5 % 的銅。
[0009] 進(jìn)一步地，主體材料的質(zhì)量百分比組成為10%的鋅、1. 5%的錳、0.4%的銻、 0. 25%的銅以及余量的錫；助焊劑的質(zhì)量百分比組成為2%的有機(jī)成分和98%的粉末化處 理的主體材料，主體材料和助焊劑質(zhì)量比為80% :20%。
[0010] 進(jìn)一步地，所述有機(jī)成分為松香。
[0011] 進(jìn)一步地，所述氣體霧化技術(shù)采用惰性氣體，所述氣體壓力為I. 9-2. 2MPa，氣體噴 射角度為40-45度。
[0012] 進(jìn)一步地，所述粉末化材料的粒度為100 μ m以下。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種上述助焊劑的制備方法，包括以下步驟：
[0014] 1)按照配比配制與主體材料成分及配比相同的金屬材料混合物；
[0015] 2)將金屬合金置于氣體霧化設(shè)備中采用氣體壓力為L(zhǎng) 9-2. 2MPa，角度為40-45度 的條件下進(jìn)行霧化；
[0016] 3)將粉末化的金屬材料在50_70°C的情況下通過(guò)超聲分散，以制得金屬粉末；
[0017] 4)將金屬粉末與有機(jī)成分按配比混合均勻，制得助焊劑。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟1)和步驟4)中的混合均在常溫下進(jìn)行。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所采用的原材料成本低廉，對(duì)設(shè)備要求低，能夠降低 生產(chǎn)成本，利用本發(fā)明的方案所生產(chǎn)的無(wú)鉛焊接材料解決了錫鋅錳無(wú)鉛合金材料生產(chǎn)過(guò)程 中存在的晶粒度大小、分部大小、形狀、氧化水平及均勻性等技術(shù)瓶頸，從而解決電子工業(yè) 類產(chǎn)品的性能指標(biāo)問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定 本發(fā)明。
[0021] (1)實(shí)施例 1
[0022] -種新型無(wú)鉛焊接材料，包括主體材料和助焊劑，其中：主體材料的質(zhì)量百分比組 成為8 %的鋅、0. 5 %的錳以及91. 5 %的錫；助焊劑包括有機(jī)成分和經(jīng)氣體霧化技術(shù)處理的 粉末化的主體材料，其質(zhì)量百分比組成2%的有機(jī)成分和98%的金屬粉末；主體材料和助 焊劑的質(zhì)量百分比為80% :20%。
[0023] 實(shí)施例1的助焊劑的制備方法，包括如下步驟：
[0024] 1)將質(zhì)量百分比組成為8%的鋅、0. 5%的錳以及91. 5%的錫制成合金；
[0025] 2)將上述金屬合金置于氣體霧化設(shè)備中進(jìn)行霧化，將金屬粉末化，其中氣體壓力 為1.9MPa，角度為40度；
[0026] 3)將粉末化的金屬在50°C超聲分散，制得金屬粉末；
[0027] 4)將金屬粉末與松香按質(zhì)量比為2% :98%的比例混合，制得本發(fā)明的助焊劑。
[0028] (2)實(shí)施例 2
[0029] -種新型無(wú)鉛焊接材料，包括主體材料和助焊劑，其中：主體材料的質(zhì)量百分比組 成為10%的鋅、1. 5 %的錳、0. 4%的銻、0. 25%的銅以及87. 85%的錫；助焊劑包括有機(jī)成 分和經(jīng)氣體霧化技術(shù)處理的粉末化的主體材料，其質(zhì)量百分比組成2 %的有機(jī)成分和98 % 的金屬粉末，有機(jī)成分為含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的松香的乙醇溶液，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的乙二胺；主體材料和助焊劑的質(zhì)量百分比為80% :20%。
[0030] 實(shí)施例2的助焊劑的制備方法，包括如下步驟：
[0031] 1)將質(zhì)量百分比組成為10 %的鋅、1.5 %的錳、0.4 %的銻、0.25 %的銅以及 87. 85 %的錫制成合金；
[0032] 2)將上述金屬合金置于氣體霧化設(shè)備中進(jìn)行霧化，將金屬粉末化，其中氣體壓力 為2. IMPa，角度為42度；
[0033] 3)將粉末化的金屬在60°C超聲分散，制得金屬粉末；
[0034] 4)將金屬粉末與松香按質(zhì)量比為2% :98%的比例混合，制得本發(fā)明的助焊劑。
[0035] 銅可以與釬料中富鋅相中游離態(tài)的鋅原子生成Cu-Zn化合物，在熔化時(shí)，由于熔 化溫度較低，合金中大量存在Cu-Zn化合物，減少了鋅原子在焊接材料表面的氧化。
[0036] 松香助焊劑對(duì)錫鋅合金具有明顯的腐蝕性，添加乙二胺可以顯著降低合金的腐蝕 速率。
[0037] 銻有助于釬料合金在母料上鋪展，增加了合金的熔程，同時(shí)銻還有助于在釬料合 金表面形成致密的氧化膜阻擋釬料的二次氧化及燒損。
[0038] (3)實(shí)施例 3
[0039] -種新型無(wú)鉛焊接材料，包括主體材料和助焊劑，其中：主體材料的質(zhì)量百分比組 成為12 %的鋅、2 %的錳、0.8 %的銻、0.5 %的銅以及84. 7 %的錫；助焊劑包括有機(jī)成分和 經(jīng)氣體霧化技術(shù)處理的粉末化的主體材料，其質(zhì)量百分比組成2%的有機(jī)成分和98%的金 屬粉末；主體材料和助焊劑的質(zhì)量百分比為80% :20%。
[0040] 實(shí)施例3的助焊劑的制備方法，包括如下步驟：
[0041] 1)將質(zhì)量百分比組成為12%的鋅、2%的錳、0.8%的銻、0.5%的銅以及84. 7%的 錫制成合金；
[0042] 2)將上述金屬合金置于氣體霧化設(shè)備中進(jìn)行霧化，將金屬粉末化，其中氣體壓力 為2. 2MPa，角度為45度；
[0043] 3)將粉末化的金屬在70°C超聲分散，制得金屬粉末；
[0044] 4)將金屬粉末與松香按質(zhì)量比為2% :98%的比例混合，制得本發(fā)明的助焊劑。
[0045] 本發(fā)明提供的新型無(wú)鉛焊接材料以及傳統(tǒng)焊接材料的性能如表1所示。
[0046] 表1新型無(wú)鉛焊接材料與傳統(tǒng)焊接材料的性能對(duì)比
[0047]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型無(wú)鉛焊接材料，其特征在于，包括主體材料和助焊劑，其中： 主體材料的質(zhì)量百分比組成為8-12%的鋅、0. 5-2%的錳以及余量的錫； 助焊劑包括有機(jī)成分和經(jīng)氣體霧化技術(shù)處理的粉末化的主體材料，其質(zhì)量百分比組成 為2%的有機(jī)成分和98%的金屬粉末； 主體材料和助焊劑的質(zhì)量百分比為80% :20%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)鉛焊接材料，其特征在于，主體材料還包括質(zhì)量百分 比為0. 05-0. 8 %的銻以及質(zhì)量百分比為0. 05-0. 5 %的銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)鉛焊接材料，其特征在于，主體材料的質(zhì)量百分比組 成為10 %的鋅、1. 5 %的錳、0. 4 %的銻、0. 25 %的銅以及余量的錫；助焊劑的質(zhì)量百分比組 成為2%的有機(jī)成分和98%的粉末化處理的主體材料，主體材料和助焊劑質(zhì)量比為80% : 20%〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)鉛焊接材料，其特征在于，所述有機(jī)成分為松香。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無(wú)鉛焊接材料，其特征在于，所述氣體霧化技術(shù)采用惰 性氣體，氣體壓力為I. 9-2. 2MPa，氣體噴射角度為40-45度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型無(wú)鉛焊接材料，其特征在于，所述粉末化材料的粒度為 100 μm以下。
7. -種權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的助焊劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 按照配比配制與主體材料成分及配比相同的金屬合金； 2) 將金屬合金置于氣體霧化設(shè)備中采用氣體壓力為I. 9-2. 2MPa，角度為40-45度的條 件下進(jìn)行霧化； 3) 將粉末化的金屬材料在50-70°C的情況下通過(guò)超聲分散，以制得金屬粉末； 4) 將金屬粉末與有機(jī)成分按配比混合均勻，制得助焊劑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7中所述的助焊劑的制備方法，其特征在于，步驟1)和步驟4)中的混 合均在常溫下進(jìn)行。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型無(wú)鉛焊接材料及其助焊劑的制備方法，該新型無(wú)鉛焊接材料包括主體材料和助焊劑，主體材料的質(zhì)量百分比組成為8-12％的鋅、0.5-2％的錳以及余量的錫；助焊劑包括有機(jī)成分和經(jīng)氣體霧化技術(shù)處理的粉末化的主體材料，其質(zhì)量百分比組成為2％的有機(jī)成分和98％的金屬粉末；主體材料和助焊劑的質(zhì)量百分比為80％：20％。本發(fā)明所采用的原材料成本低廉，對(duì)設(shè)備要求低，能夠降低生產(chǎn)成本，利用本發(fā)明的方案所生產(chǎn)的無(wú)鉛焊接材料解決了錫鋅錳無(wú)鉛合金材料生產(chǎn)過(guò)程中存在的晶粒度大小、分部大小、形狀、氧化水平及均勻性等技術(shù)瓶頸，從而解決電子工業(yè)類產(chǎn)品的性能指標(biāo)問(wèn)題。
【IPC分類】B23K35-26, B23K35-363
【公開(kāi)號(hào)】CN104668810
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510046766
【發(fā)明人】陸海榮, 孫飛, 趙勇
【申請(qǐng)人】蘇州天兼新材料科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日