CN101480764B - 水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂及其制备方法，该钎剂主要由如下重量百分比组分的去膜剂(10～24％)、覆盖剂(5～16％)、胺表面活性剂(40～64％)、成膜剂(1～6％)、缓释剂(1～4％)及稀释剂(余量)组成。这种钎剂活性高，可明显降低钎焊铝及铝合金相关软钎料的表面张力并改善润湿性能；同时该钎剂粘度适中，对现有的工艺适应性强，特别适合铝漆包线的软钎焊以及铝及铝合金制造的散热器、冷凝管的软钎焊。

Description

水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝及铝合金软钎焊用钎剂及其制备方法，该助焊剂适用于对电子电气产品中的铝及铝合金以及铝及铝合金制造的散热器、冷凝器的软钎焊，本发明的钎剂同时也适合对不锈钢、镍基合金材料的软钎焊。

背景技术

铝及铝合金密度小、生产成本低且导热、导电性能与铜相近。因此，铝及铝合金在电子电气设备、散热器以及冷凝器制造中广泛应用。铝及铝合金的钎焊较之其它金属要困难很多，主要由于铝及铝合金表面有一层致密且稳定的氧化薄膜(Al203)。这一层氧化膜性质非常稳定，一般钎焊难以去除；并且该氧化膜在钎焊时被破坏后，基体很快会产生新的氧化膜。如何有效地去除铝及其合金表面上的氧化膜是铝及铝合金钎焊的关键。

目前研制的铝用软钎焊钎剂按其去除氧化膜的方式可分为两类，即反应软钎剂和有机软钎剂。反应软钎剂一般是由几种盐(如ZnCl2、SnCl2、KCl等)组成的混合盐，同时常加入一些氟化物作为破膜剂。如日本公开特许JP58，659，1979描述的一种焊铝钎剂：ZnCl2(48.6％，重量百分比，下同)、SnCl2(32.4％)、KCl(15.0％)、KF(2.0％)及AgCl(2.0％)。这类钎剂活性较强，但钎焊后焊点很脏且不易清洗，同时钎剂残留物对焊点腐蚀非常严重。有机软钎焊剂典型成分是将一些氟硼酸盐(如Zn(BF4)2、Sn(BF4)2等)溶解到有机胺(如乙醇胺、二乙醇胺等)制成的溶液。这类软钎焊剂相对于反应软钎焊剂要好很多。如张启运、庄鸿寿编著的《钎焊手册》(机械工业出版社，1998年11月版)中报道的两种铝软钎焊钎剂如下：(1)三乙醇胺(62％，重量百分比，下同)、乙醇胺(20％)、Zn(BF4)2(8％)、Sn(BF4)2(5％)及NH4BF4(5％)；(2)三乙醇胺(37％)、乙醇胺(30％)、Zn(BF4)2(10％)、Sn(BF4)2(8％)及NH4BF4(15％)。上述钎剂两者钎剂均呈粘稠状，且由于采用的胺类物质都为烷基醇胺，活性强度有限，钎焊效果不是很理想。福建师范大学申请的“铝及铝合金软钎焊钎剂及其用途”专利(中国专利号：88100868)中描述钎剂成分为(重量百分比)：含氨基有机物氟硼酸盐(1-50％)、重金属氟硼酸盐(0.5-50％)及氨基醇(10-98％)，该钎剂焊接温度(300℃)较高，普遍推广应用难度很大。昆山成利焊锡制造有限公司申请的“铝及铝合金用软钎焊金属置换型无铅焊助焊剂”专利(中国专利号：200710302470.3)中描述的一种焊铝助焊剂成分为：由亚锡盐、锌盐等构成的覆盖剂(5～50％)，有机胺构成的去膜剂(10～50％)，氟硼酸盐构成的润湿剂(3～40％)，胺的卤化盐构成的活化剂(3～20％)表面活性剂(1～15％)，缓释剂(2～20％)。该助焊剂呈膏状并适用于焊锡丝内芯，同时该助焊剂中金属盐(包括亚锡盐、锌盐、铵盐等)的含量较高，对焊点周围的腐蚀比较严重。中国专利号200810052487.2报道的“一种包含助焊剂的铝合金无铅焊丝及其助焊剂的制备方法”中描述的一种焊铝助焊剂成分为：以有机酸、锡盐及锌盐构成的活性剂(10～20％，重量百分比)，低碳醇及低级胺构成的高沸点溶剂(10～15％)，氟碳表面活性剂(0.1～2％)，缓释剂(0.1～0.4％)，水溶性树脂(40～50％)，溶剂(12.6～39.8％)。该助焊剂呈膏状适用于焊锡丝内芯，同时该助焊剂含有大量无助焊效果的树脂载体而使其助焊效果不佳。

发明内容

本发明为了达到如下的目的：

(1)、提供一种能够在钎焊时迅速去掉铝表面氧化膜的去膜剂。

(2)、提供一种能够在钎焊时沉积在铝的表面形成活性金属层的覆盖剂，。

(3)、提供一种能够在钎焊时减少熔融钎料与铝材的表面张力，促进钎料与铝材的润湿的界面活性剂，。

(4)、提供一种适用于铝合金漆包线及散热器、冷凝管的粘度适中的钎剂。

(5)、提供一种操作温度在250～300℃之间的钎剂。

(6)、提供一种残留物容易清洗的钎焊钎剂。

上述目的1的解决途径：在钎剂溶液中加入适量的氟硼酸铵，铝与氧化铝的热膨胀系数相差很大，钎焊时铝容易在氧化膜处易产生龟裂。氟硼酸铵受热分解产生NH3、HF及BF3气体迅速渗入龟裂处剥落氧化膜，同时HF及BF3气体与氧化铝可反应去膜。反应式如下：

(1)Al2O3+6HF→2Al+3H2O

(2)Al2O3+2BF3→2AlF3+B2O3

上述目的2的解决途径：在钎剂溶液中加入锌盐及亚锡盐。当铝的表面氧化膜被去除后，由于铝的活性比锌及锡都强，铝将锌离子及亚锡离子置换出来覆盖在铝的表面上形成活性金属层，利于钎料的铺展。

上述目的3的解决途径：在焊铝钎剂设计时应加入至少一种二胺或多元胺。许多论文及专利报道的焊铝钎剂中加入的活性剂为1～2中烷基醇胺如三乙醇胺及二乙醇胺。本试验发现单纯加入烷基醇胺，对于焊铝钎剂的活性还是不够，而且铺展试验时发现钎料铺展不规则，易成环形铺展。此外研究发现，单纯烷基醇胺溶解无机盐(锌盐及亚锡盐)有限，钎剂体系容易产生沉淀。研究还发现，二胺及多元胺(如NN-二甲基十二胺、羟乙基乙二胺等)使钎剂具有更好的活性强度。

上述目的4的解决途径：在钎剂中加入粘度低的醇类物质或去离子水调节钎剂体系的粘度。

上述目的5的解决途径：适当调节钎剂中高沸点的胺类物质与低沸点的胺类物质及溶剂的百分比组分。

上述目的6的解决途径：钎剂所有组分都采用水溶性物质。

此外，钎剂中加入水溶性树脂作为成膜剂。成膜物质具有防止焊锡合金在钎焊接过程氧化的作用，钎焊完成后再焊点处形成一层保护膜。钎剂中加入缓释剂，减少金属盐(锌盐、亚锡盐)对焊点的腐蚀。

具体地，该铝及铝合金软钎焊用水溶性钎剂配方为以下重量百分比组分的主要物质组成：

(1)去膜剂                           10～24％

(2)覆盖剂                           5～16％

(3)胺表面活性剂                     40～64％

(4)成膜剂                           1～6％

(5)缓释剂                           1～4％

(6)稀释剂                           余量

所述的去膜剂为氟硼酸铵，覆盖剂为一种亚锡盐和一种锌盐或氧化锌，锌盐为ZnCl2、ZnBr2、ZnF2、ZnBr2、Zn(BF4)2及硬酯酸锌中的一种，亚锡盐为SnCl2、SnF2，SnBr2、Sn(BF4)2及辛酸亚锡中的一种，胺表面活性剂为烷基醇胺中的乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺以及二胺或多元胺中的NN-二甲基十二胺、羟乙基乙二胺、二乙烯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三正辛胺、四甲基乙二胺中的1-2种，这些所用的胺至少含有1中二胺或多元胺，成膜剂为301树脂、302树脂以及水性丙烯酸树脂中的一种，缓释剂为咪唑啉、苯并三唑、改性肌醇六磷酸酯种的一种，稀释剂为去离子水或1～2种碳原子数为2～5个的有机多元醇类。

本发明铝及铝合金软钎焊用钎剂及其制备方法步骤如下：

(1)将氟硼酸铵、锌盐(或氧化锌)、亚锡盐加入到胺类溶剂中；

(2)在70～90℃温度条件下不断搅拌30～40min，使原料充分溶解混合；

(3)待溶剂冷却至30～50℃后，加入醇类物质(或去离子水)、成膜剂及缓释剂并搅拌均匀，静置过滤得到该焊铝钎剂。

有益效果：本发明水溶性焊铝软钎焊钎剂主要是针对电子封装中铝的软钎焊而研制。钎剂所选用的活性剂活性大、润湿力强，能够在铝钎焊时发挥良好的去膜作用，获得光亮、饱和的焊点。同时焊后残留物较少并且可用水进行清洗，本发明水溶性焊铝软钎焊钎剂对现有的工艺适应性强，特别适合铝漆包线的软钎焊以及铝和铝合金制散热器、冷凝管的软钎焊，本发明水溶性焊铝软钎焊钎剂当稀释剂质量分数大于18％，钎剂较稀适合用于铝漆包线的软钎焊；稀释剂质量分数小于等于18％，钎剂较粘适合用于铝制散热器、冷凝管的软钎焊。

本发明水溶性焊铝软钎焊钎剂与一种国外进口的焊铝钎剂的性能的比较结果如表1。

表1本发明钎剂与一种国外进口的焊铝钎剂的性能比较

性能参数	本发明钎剂	Solder500
			润湿力(mN/cm2)1	1.65	1.59
铺展率(％)2	92.48	91.30
			焊点外观	焊点均匀、光亮	焊点均匀、光亮
是否水溶性	是	是

注1：试验钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu，采用的铝板型号为L2，试验温度250℃，试验设备：日本Rhesca公司产的checker SAT5100；

注2：试验钎料为Sn-3.0Ag-0.5Cu，采用的铝板型号为L2，试验温度250℃。

具体实施方式

请参照图1所示，为本发明的水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂对硬是音频数据流进行处理的步骤示意图，该中央处理器执行单元执行处理软件来实现，具体的实现步骤如下：

下面结合具体的实施例来说明本发明的水溶性焊铝软钎焊钎剂。

实施例1：

(1)氟硼酸铵                          15％

(2)氯化锌                            8％

(3)氯化亚锡                          6％

(4)三乙醇胺                          32％

(5)羟乙基乙二胺                      30％

(6)无水乙醇                          10％

(7)异丙醇                            7％

(8)苯并三唑                          2％

(9)301树脂                           2％

制备方法：将氟硼酸铵、氯化锌、氯化亚锡加入到胺类溶剂中，在85℃温度条件下连续搅拌32min，使原料充分溶解混合，待溶剂冷却至40℃后，加入无水乙醇、异丙醇、苯并三唑及301树脂并搅拌均匀，静置过滤得到该焊铝钎剂。

实施例2：

(1)氟硼酸铵                                        20％

(2)硬酯酸锌                                        10％

(3)辛酸亚锡                                        8％

(4)一乙醇胺                                        22％

(5)NN-二甲基十二胺                                 30％

(6)无水乙醇                                        15％

(7)苯并三唑                                        3％

(8)302树脂                                         2％

制备方法：将氟硼酸铵、硬酯酸锌、辛酸亚锡加入到一乙醇胺及NN-二甲基十二胺溶剂中，在75℃温度条件下不断搅拌35min，使原料充分溶解混合；待溶剂冷却至35℃后，加入无水乙醇并搅拌均匀，静置过滤得到该焊铝钎剂。

实施例3：

(1)氟硼酸铵                                      8％

(2)氟化锌                                        10％

(3)氟化亚锡                                      8％

(4)NN-二甲基十二胺                               25％

(5)二乙烯二胺                                    30％

(6无水乙醇                                       18％

(7)异丙醇                                        12％

(8)咪唑啉                                        1％

(9)302树脂                                       3％

制备方法：将氟硼酸铵、氟化锌、氟化亚锡加入到NN-二甲基十二胺及二乙烯二胺溶剂中，在70℃温度条件下不断搅拌30min，使原料充分溶解混合，待溶剂冷却至32℃后，加入无水乙醇、异丙醇、咪唑啉及302树脂并搅拌均匀，静置过滤得到该焊铝钎剂。

实施例4：

(1)氟硼酸铵                                     12％

(2)氟硼酸锌                                     6％

(3)氟硼酸亚锡                                   4％

(4)二乙醇胺                                     25％

(5)三乙烯四胺                                   24％

(6)去离子水                                     32％

(7)苯并三唑                                     2％

(8)水性丙烯酸树脂                               4％

制备方法：将氟硼酸铵、氟硼酸锌、氟硼酸亚锡加入到二乙醇胺及三乙烯四胺溶剂中，在85℃温度条件下不断搅拌35min，使原料充分溶解混合，待溶剂冷却至45℃后，加入去离子水、苯并三唑及水性丙烯酸树脂并搅拌均匀，静置过滤得到该焊铝钎剂。

以上各实施例1及实施例2对应的钎剂(较粘)用于铝及铝合金制造的散热器、冷凝器的钎焊。钎焊方法为：

(1)配置焊膏：将质量分数为85～90％合金粉(如Sn-Ag-Cu、Sn-Zn)加入质量分数为10～15％的焊铝软钎剂中搅拌均匀；

(2)将配置的焊膏涂覆与散热器基板焊接面及散热鳍片焊接部之间；

(3)加热散热器(250～300℃)30～40秒；

(4)冷却，完成散热器的钎焊。

以上各实施例3及实施例4对应的钎剂(较稀)用于对铝漆包线钎焊。对铝漆包线钎焊的方法为：

(1)高温将铝漆包线脱漆后将其引脚部分螺旋缠绕铜线；

(2)将缠绕部分浸渍焊铝钎剂，然后浸渍熔化的焊料3～5秒实行浸渍钎焊。

Claims (2)

1.一种水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂，其特征在于该铝及铝合金软钎焊用水溶性钎剂配方为以下重量百分比组分的主要物质组成： 

其中： 

所述的去膜剂为氟硼酸铵； 

所述覆盖剂为一种亚锡盐和一种锌盐或氧化锌，该锌盐为ZnCl2、ZnBr2、ZnF2、Zn(BF4)2及硬酯酸锌中的一种，该亚锡盐为SnCl2、SnF2，SnBr2、Sn(BF4)2及辛酸亚锡中的一种； 

所述的胺表面活性剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二胺、NN-二甲基十二胺、羟乙基乙二胺、二乙烯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三正辛胺、四甲基乙二胺中的1-2种； 

所述成膜剂为301树脂、302树脂以及水性丙烯酸树脂中的一种； 

所述缓释剂为咪唑啉、苯并三唑、改性肌醇六磷酸酯中的一种； 

所述稀释剂为去离子水或1～2种碳原子数为2～5个的有机多元醇类。 

2.一种采用如权利要求1所述的水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂的制备方法，其特征在于：该水溶性铝及铝合金软钎焊钎剂制备方法是将氟硼酸铵、锌盐或氧化锌、亚锡盐加入到胺类溶剂中，在70～90℃温度条件下搅拌30～40min，使原料充分溶解混合，待溶剂冷却至30～50℃后，加入醇类物质或去离子水、 成膜剂及缓释剂并搅拌均匀，静置过滤得到该钎焊钎剂。