CN102139425B - 一种铝软钎焊用高可靠性助焊剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝软钎焊用高可靠性助焊剂，它由下述重量百分比组成：去膜剂：15-30%、金属盐：1-8%、活化剂:30-70%、表面活性剂：0.1-1%、缓蚀剂：0.1-2%。本发明适用于与无铅或有铅焊料制成包芯锡丝，采用自动焊或手工焊接铝及铝合金。焊接时间短，润湿性好，焊点高温高湿后抗拉强度高，不易脱落，属环保型助焊剂。当然本例也适用于不锈钢、铜及铜合金等材料的软钎焊。
Description
技术领域
本发明是一种适用于电器、仪表、通信、照明等电子设备中铝合金的无铅及有铅软钎焊用高可靠性助焊剂。本发明的这种助焊剂也适用于纯铝、不锈钢、铜及铜合金等材料的软钎焊。
背景技术
铝及其合金由于储量丰富，密度小，热导率和电导率高（仅列于Ag、Cu、Au之后），在现代工业材料中占有其独特的地位。在飞机、汽车、船舶、电子线路板、空调散热器等的制造上，为了减轻重量，降低能耗及成本，增强机动性都竭尽可能地以铝代铜。
铝及其合金表面有一层及其致密的氧化膜。这层氧化膜的性质非常稳定，能够充分抵挡大气的侵蚀，且又能在旧的氧化膜破坏时快速的生成新的氧化膜。铝合金在软钎焊过程中，随着温度的升高，其表面的Mg、Si、Mn迅速富集，氧化成致密的氧化膜及复合氧化膜。铝及铝合金的这种性质给软钎焊造成了极大的困难，使得焊料难以铺展开。另外从冶金学的角度看，Sn对Al的互溶度极低，Pb对Al的互溶度就更低了，也没有化合物生成，和Al的结合很弱，加上和Al的电极电位相差很多，在潮湿高温环境中电化学腐蚀及焊剂残留引起的腐蚀很快沿界面进行，从而造成焊点的脱落。
当前国内外铝及铝合金的软钎焊助焊剂有两类。一是无机反应型铝软钎焊助焊剂，这种类型的助焊剂早在1924年即有专利及文献报道，主要是应用ZnCl2、SnCl2、NH4Cl等几种盐组成的混盐。由于它们的熔化温度很低（170-200℃）适应于软钎焊的温度范围。在其中常加入一些氟化物作为破膜剂而成为软钎剂。这种钎剂由于基质用的就是重金属盐，含量很高，钎焊时它会与铝表面反应析出金属而加强了活性，但与此同时还析出多量的副产物AlF3,混合了粘度较高的钎剂而呈泡沫状，将焊点周围弄得很脏，此外还有清洗不净容易引起腐蚀的问题。
二是有机型铝软钎焊助焊剂。此类助焊剂开始出现于20世纪40年代，随后由于其具备活性高，腐蚀性低的优越性能而得到大力发展。如张启运庄鸿寿主编的《钎焊手册》（机械工业出版社，2008年10月版）中报道的三种有机铝软钎剂组成如下：（1）二乙醇胺（82.0%，重量百分比，下同）、ZnF2（1.0%）、SnF2(9.0%)、NH4HF2(8.0%)；（2）三乙醇胺（46%）、松香（30%）、Zn(BF4)2(1%)、Sn(BF4)2(8%)、NH4BF4(15%)；（3）二乙醇胺（82.0%）、ZnCl2(1.1%)、SnCl2(8.9%)、NH4HF2(8.0%)。福建师范大学申请的“铝及铝合金软钎焊钎剂及其用途（专利号88100868）中描述的成分（重量百分比）为：含氨基有机物氟硼酸盐1-50%、重金属氟硼酸盐0.5-50%、氨基醇10-98%。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”（专利号200710302470.3）公开的配方重量百分比组成：可被铝还原的金属盐：5-50%、去膜剂：10-50%、润湿剂：3-40%、活化剂3-20%、表面活性剂：1-15%、缓蚀剂：2-20%和余量为载体组成。又如华南理工大学申请的“一种铝钎焊焊锡丝芯用助焊剂及其制备方法”描述的配方组成为：改性松香14-28%、氟硼酸铵12-24%、有机胺38-56%、锌源4-10%、亚锡盐0.5-8%、氟表面活性剂0.1-2%。此类焊剂在纯铝上无铅焊接润湿性好，焊点不易脱落。但在铝合金上特别是镁、硅、锰含量高的铝合金上无铅高速焊接则润湿性不理想，加之此类焊剂分解产生的气体多，在焊点内不易及时排出而产生空洞。在高温高湿环境中由于电化学及化学腐蚀加速且空洞内气体膨胀，导致本就脆弱的焊点脱落，特别是有铅焊点极易脱落。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供的一种铝软钎焊用高可靠性助焊剂。该助焊剂既适合铝及铝合金软钎焊的无铅及有铅焊接，也适合不锈钢、铜及铜合金的软钎焊。采用新型的活性剂配比，焊接润湿性好，焊点内部无空洞，焊点高温高湿后抗拉强度高，不易脱落。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种铝软钎焊用高可靠性助焊剂。它由下述重量百分比组成：去膜剂：20-30%、金属盐：1-8%、活化剂60-70%:、表面活性剂：0.1-1%、缓蚀剂：0.1-2%。
上述的去膜剂优选的重量百分比为：20-30%，所述的金属盐优选的重量百分比为：2-8%，所述的活化剂优选的重量百分比为：60-70%，所述的表面活性剂优选的重量百分比为：0.1-1%，所述的缓蚀剂优选的重量百分比为：0.2-2%。
所述的金属盐至少为氟硼酸锌、氟硼酸亚锡、氟硼酸锂、氟硼酸镍、氯化锌、氯化亚锡、氯化镍、氟化锌、氟化亚锡、氟化镍中的一种或几种。
所述的活化剂至少为乙二胺、二乙胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、异丙醇胺中的一种或几种。
所述的去膜剂至少为氯化铵、二乙胺盐酸盐、盐酸羟胺、盐酸肼、氟化铵、氟化氢铵、乙醇胺氢氟酸盐、二乙胺氢氟酸盐、二甲胺氢氟酸盐中的一种。
所述的表面活性剂至少为FSN-100（杜邦）、FC-4430（3M）中的一种。
所述的缓蚀剂至少为5-苯基四氮唑、十二烷基苯并咪唑啉、苯并三氮唑、苯并咪唑、苯硫脲、二苯基亚砜中的一种。
本发明采用活性强的去膜剂，去除铝合金表面致密的铝氧化膜及富集的镁、硅、锰氧化膜。活化剂溶解脱落的铝合金氧化膜并防止铝合金的再氧化。金属盐与铝合金基体发生置换反应，析出的金属与焊料和铝合金均能迅速合金化，并嵌入铝合金及焊料内部，形成一层较厚的合金化层。同时由于焊剂分解产生气体少，多余的助焊剂残留及分解产物可及时挤出，形成致密的、无空洞的合金化层。为获得更好的润湿性，添加了表面活性剂降低焊料的表面张力。缓蚀剂防止了助焊剂残留对铝合金基体及焊点的腐蚀。本发明焊后焊点在高温高湿后有较强的抗拉强度，不易脱落。
本发明的有益效果是：焊剂与焊接工艺极度匹配，对铝及铝合金软钎焊焊接速度快，润湿性好，适合高速焊接。焊点高温高湿后抗拉强度高，制备工艺简单，适合大规模生产。
具体实施方式
实施例1
本发明的组成及各组份重量百分含量如下：
去膜剂：乙醇胺氢氟酸盐 25%；
金属盐：氟硼酸锌 5%；
氟化亚锡 3%；
活化剂: 二乙醇胺 66.4%；
表面活性剂：FSN-100 0.1%；
缓蚀剂：十二烷基苯并咪唑啉 0.5%；
以上组份混合均匀后，边加热边搅拌，待温度升至130℃无气泡产生，组份呈透明均匀介质时可得淡黄色固体产品。
实施例2
本发明的组成及组份重量百分含量如下：
去膜剂： 二乙胺氢氟酸盐 30%；
金属盐： 氟硼酸锌 7%；
氟化亚锡 1%；
活化剂: 乙醇胺 20%；
二乙醇胺 41.5%；
表面活性剂： FC-4430 0.1%；
缓蚀剂： 咪唑啉 0.4%。
实施例3
本发明的组成及组份重量百分含量如下：
去膜剂： 二甲胺氢氟酸盐 27%；
金属盐： 氟硼酸锌 6%；
氟化亚锡 2%；
活化剂: 二乙醇胺 64.48%；
表面活性剂： FC-4430 0.12%；
缓蚀剂： 苯并三氮唑 0.4%。
应用以上各实施例制备的助焊剂，分别配合Sn98Cu2及Sn25Pb75的焊料，包芯制成2.5%的锡丝，与市场上某主流公司的铝软钎焊助焊剂制备的锡丝焊后做抗拉强度试验。具体试验方法如下：
取各实施例包芯锡丝，记为H1、H2、H3(Sn98Cu2)，L1、L2、L3（Sn25Pb75）。某主流公司锡丝H4（Sn98Cu2），L4(Sn25Pb75)，将铜线焊接在5050铝合金板上(温度：265℃（Sn98Cu2），285℃（Sn25Pb75），时间：5秒)，然后置于潮热箱中放置72小时（温度40℃，湿度95%）。取出后进行接头抗拉强度测试，结果如下表：
由实验结果可见实施例焊接接头抗拉强度优于市场主流样品。
Claims (6)
1.一种铝软钎焊用高可靠性助焊剂，其特征在于：它由下述重量百分比组成：去膜剂：25-30%、金属盐： 8%、活化剂: 60-64.48%、表面活性剂：0.1-0.12%、缓蚀剂：0.4-0.5%。
2.根据权利要求1所述的铝软钎焊用高可靠性助焊剂，其特征在于：所述的金属盐至少为氟硼酸锌、氟硼酸亚锡、氟硼酸锂、氟硼酸镍、氯化锌、氯化亚锡、氯化镍、氟化锌、氟化亚锡、氟化镍中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的铝软钎焊用高可靠性助焊剂，其特征在于：所述的活化剂至少为乙二胺、二乙胺、二乙撑三胺、三乙撑四胺、四乙撑五胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、羟乙基乙二胺、异丙醇胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的铝软钎焊用高可靠性助焊剂，其特征在于：所述的去膜剂至少为氯化铵、二乙胺盐酸盐、盐酸羟胺、盐酸肼、氟化铵、氟化氢铵、乙醇胺氢氟酸盐、二乙胺氢氟酸盐、二甲胺氢氟酸盐中的一种。
5.根据权利要求1所述的铝软钎焊用高可靠性助焊剂，其特征在于：所述的表面活性剂至少为氟碳表面活性剂杜邦FSN-100、3M 的FC-4430中的一种。
6.根据权利要求1所述的铝软钎焊用高可靠性助焊剂，其特征在于：所述的缓蚀剂至少为5-苯基四氮唑、十二烷基苯并咪唑啉、苯并三氮唑、苯并咪唑、苯硫脲、二苯基亚砜中的一种。
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