CN101362238A - 高温焊料的低温使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊料焊接技术领域，特别涉及一种高温焊料的低温使用方法，包括以下步骤：a.焊料的准备：由SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一种以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一种以上组成的高温合金粉混合，加上助焊剂配制而成；其中质量百分比为Ni：3～5％，Ag：10～21％，Cu：12～15％，Ti：3～6％；b.准备待焊接的对象，并将焊料添加至待焊接处；c、根据所用焊料种类不同，将焊料和待焊接对象加热到230℃－350℃之间，然后冷却实现材料焊接。此种焊接方法在焊接过程中有优良的抗坍塌性，焊接后的焊点或者焊接面具有优良的导线性能和导热性能。
Description
技术领域
本发明属于高温焊料焊接方法领域，特别涉及到一种能够在低温下实现高温焊料焊接的方法，可以实现多种材料之间的连接。
背景技术
在目前常用的连接工艺中，焊接技术基本能实现各种材料之间的连接。在广泛应用的软钎焊技术中，焊接材料主要是熔点相对较低的锡基焊料SnPb、SnAg、SnCu、SnZn、SnBi等体系。熔化温度都在250℃以下，所形成的焊点在使用温度接近150℃～200℃时可靠性大大降低，因而在有特殊需要的场合，比如在高温气氛下(例如接近车用发动机)工作的电子元器件，就需要使用耐高温的焊料。
而通常使用的高温焊料，如SnPb95等熔点在300℃以上，在通常使用的焊接过程中，都需要加热到焊料的熔点温度或者熔点温度以上，这样使得焊接部位温度高，易引起部件发生热变形和扭曲，另外，设备所需承受的温度也较高，致使工艺条件苛刻，成本提高。
另外，很多元器件或者材料由于承受温度较低，致使很多焊料无法使用，比如电子元器件焊接温度过高，会引起器件损坏；另外温度过高，容易引起焊接接头腐蚀严重。所以焊接温度不能太高。为了解决上述问题，需要一种焊接方法，能够实现在相对较低的温度下焊接，而焊接后的界面和焊点能够耐高温。
发明内容
本发明为了克服现有中的不足，提供了一种高温焊料的低温使用方法，具有许多优良特性：能够在低温下实现焊接；焊接后焊点或者焊接界面有优良的导电性和导热性、高的可靠性和耐高温性、优良的抗坍塌性；并且能够在连续焊接的前期过程中使用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
a、焊接材料的准备：由低温焊锡粉SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一种以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一种以上组成的高温合金粉混合，再加上助焊剂配制而成；其中占焊料总量的质量百分比为Ni：3～5％，Ag：10～21％，Cu：12～15％，Ti：3～6％。
b、准备待焊接的对象，将焊料添加至待焊接处；
c、根据所用焊料种类不同，将焊料和待焊接对象加热到230℃—350℃之间，然后冷却实现材料之间的连接。
在低温焊锡粉和Ag、Cu、Ti金属粉的粒度在100μm以下，且焊锡粉中含有不超过0.5％的不可避免的杂质，其杂质为In、Ga、Ge、Al、Cr、Co、Fe、P中的一种或几种。
在焊接时，将配置好的焊膏以涂敷方式、点胶方式或网印方式于需焊接元器件的表面，根据焊接材料的不同选择加热过程中不同的峰值温度，焊膏中低熔点成份(SnBi、SnPb、SnZn等)先熔化，相对较高熔点的合金(SnCu，SnSb等)后熔化，然后高熔点金属粉Cu、Ag、Ti、Ni等在熔融的同时也和低熔点焊粉以焊接方式牢固结合，从而实现元器件之间的连接。
另外，如上所述的焊接方法，由于在加热过程中，低熔点合金优先熔化，高熔点的合金形成骨架，从而使焊接过程中具有优良的抗坍塌性。
本发明的原理：利用一种用焊锡材料和高温金属粉、助焊剂制成的焊膏，将待焊接部件表面涂上焊膏，并在低温下逐步加热进行焊接。焊膏的成分可以是SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一种以上和高温合金粉Ag、Cu、Ni、Ti中的一种以上合金混合再加上助焊剂配制而成。合金焊料在加热过程中低熔点的合金先熔化，继续加热，借助热传导方式将热量以阶梯式一步一步传导，使焊料中合金按照熔点由低到高的顺序依次熔化，低熔点合金成分先熔化，高熔点合金成分后熔化，部分合金成分由于熔点过高，不会在低温下短时间内熔化，但是会和低熔点元素在加热状态下实现焊料之间的焊接，从而实现材料之间的连接。并且可以根据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，焊接后均匀分散在焊接层或焊点中，具有优良的导电性和导热性能，从而优化焊接层整体性能。另外，在加热过程中，低熔点合金优先熔化，高熔点的合金形成骨架，从而使焊料在焊接过程中具有优良的抗坍塌性。另外，焊接部件在高温、热冲击等条件下服役工作时，焊料中高熔点合金成分和低熔点合金会更进一步结合，从而提高焊接部位的可靠性。
本发明的优点：本发明公开的一种能够在低温下实现高温焊料焊接的方法及应用，能在不改变其焊接性能的条件下，实现低温下材料之间的焊接，并且避免元器件和材料在高温下的受损，同时也提高了焊点在高温使用过程中的可靠性；另外在焊接材料中添加特殊性能得合金能优化焊接层的性能；含有SnZn焊料的焊膏在经过表面抗氧化处理后能实现铝材的焊接；低温下焊接能减少热源的使用，降低设备成本，是一种较为理想的焊接方法。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细说明。应该声明的是，所属的实施例仅涉及本发明的优选实施方案，在不脱离本发明思想的情况下，各种成份及含量的变化和改进都是可能的。
以下技术方案详细叙述了本发明的优选实施例：
实施例1：称取粒度分布为25μm～45μm的SnPb37粉末85g和纯Cu粉15g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为230℃，实现元器件之间的连接。
实施例2：称取粒度分布为25μm～45μm的SnBi58粉末40g，SnCu0.7粉末20g，SnAg3.5粉末35g和纯Ni粉5g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为11％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为240℃，实现元器件之间的连接。
实施例3：称取粒度分布为25μm～75μm的SnBi58粉末88g和纯Cu粉12g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为210℃，实现元器件之间的连接。
实施例4：称取粒度分布为20μm～38μm的SnAg3.5粉末85g和纯Cu粉15g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为250℃，实现元器件之间的连接。
实施例5：称取粒度分布为25μm～45μm的SnAg3.0Cu0.5粉末94g和纯Ti粉6g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为11％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为250℃，实现元器件之间的连接。
实施例6：称取粒度分布为25μm～45μm的SnBi58粉末79g和纯Ag粉21g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为210℃，实现元器件之间的连接。
实施例7：称取粒度分布为25μm～45μm的SnCu0.7粉末94g和纯Ni粉3g、纯Ti粉3g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为12％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为250℃，实现元器件之间的连接。
实施例8：称取粒度分布为25μm～45μm的SnZn9粉末80g和纯Ag粉20g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏点胶于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为230℃，实现元器件之间的连接。
实施例10：称取粒度分布为3μm～15μm的SnAg3.0Cu0.5粉末70g、纯Sn粉13g和纯Cu粉12g、纯Ti粉5g充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏印刷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为240℃，实现元器件之间的连接。
实施例11：称取粒度分布为25μm～45μm的SnPb37粉末54g，SnZn9粉末30g和纯Cu粉13g，纯Ni粉3g充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于铝散热片和铝基板的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为230℃，实现铝散热器的焊接。
实施例12：称取SnAg0.3Cu0.7焊锡膏36g，SnZn8Bi3焊锡膏20g，SnBi58焊锡膏30g，和纯Cu粉14g，充分混合，然后添加占焊料总量的重量百分比为13％的松香型助焊剂制成焊锡膏。将焊锡膏涂敷于需焊接电子元器件的表面，然后置于回流焊炉中，调整加热曲线，加热过程中峰值温度为240℃，实现元器件之间的连接。
Claims (3)
1.一种高温焊料的低温使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、焊料的准备：由低温焊锡粉SnPb、SnBi、SnAg、SnAgCu、SnZn、SnCu、SnSb合金中的一种以上和Ni、Ag、Cu、Ti中一种以上组成的高温合金粉混合，再加上助焊剂配制而成；其中占焊料总量的质量百分比为Ni：3～5％，Ag：10～21％，Cu：12～15％，Ti：3～6％。
b、准备待焊接的对象，将焊料添加至待焊接处；
c、根据所用焊料种类不同，将焊料和待焊接对象加热到230℃一350℃之间，然后冷却实现材料之间的连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温焊料的低温使用方法，其特征在于：步骤c在加热过程中，合金焊料中低熔点的合金先熔化，继续加热，借助热传导和助焊剂的氧化还原反应，将热量以阶梯式一步一步传导，使焊料中合金按照熔点由低到高的顺序依次熔化，Ag、Cu、Ni、Ti金属由于熔点过高，短时间内不会在低温下熔化，但是会和Sn、Zn元素在加热状态下实现粉末间的焊接。
3.根据权利要求1所述的一种高温焊料的低温使用方法，其特征在于：Ni金属粉的粒度范围为5.1～100μm之间，低温焊锡粉和Ag、Cu、Ti金属粉的粒度在100μm以下，且焊锡粉中含有不超过0.5％的不可避免的杂质，其杂质为In、Ga、Ge、Al、Cr、Co、Fe、P中的一种或几种。
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