CN102528335A - 一种难拉拔合金焊锡丝的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种难拉拔合金焊锡丝的制备方法及其应用，可用于超细防氧化焊锡丝和脆性焊锡丝的制备，属于特种焊锡丝的制造技术领域。其制备步骤包括：1)按合金配比熔炼合金，制备出棒坯；2)将棒坯进行大变形挤压，得到粗锡丝；3)将粗锡丝进行近终成型辊轧，得到近终成品焊锡丝；4)将近终成品焊锡丝进行微小拉拔和微细拉拔，或者进行整形拉拔，得到最终成品焊锡丝，然后进行在线光亮化和防氧化处理；5)最后将成品焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。最终制备出能够满足高可靠、窄间距焊接要求的防氧化超细焊锡丝或多级封装中低温焊接用的脆性低温焊丝。本发明方法流程短、成品率高、能够胜任脆性难拉拔焊锡丝制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种难拉拔合金焊锡丝的制备方法及其应用，可用于超细防氧化焊锡丝和脆性低温焊锡丝的制备，属于特种焊锡丝的制造技术领域。本发明方法制备的产品可用于电子组装工艺中的微细间距焊盘与元器件的手工焊接或半自动机器焊接，以及多级封装和热敏元件的低温焊接。
背景技术
在电子封装中，焊锡丝是手工焊接或半自动机器焊接的常用焊接材料。随着封装技术的发展，封装密度不断提高，这就需要能够胜任于电子组装工艺中的微细间距焊盘与元器件的超细焊锡丝；而多级封装及热敏元件的焊接需要低温焊丝。
对于焊点间距在小于等于Φ0.2mm的微型电子组装件(SMT)、线路板、元器件、微型接插件、红外线工艺的焊件，所需焊锡丝必须要小于等于Φ0.12mm，否则，两个焊点就容易发生桥连，造成元件、线路短路；对于多级封装中的低温焊接以及热敏感元件的手工焊，由于没有合适熔点的焊锡丝材料而不得不使用原料昂贵的Sn-52In焊丝。
传统的焊锡丝制备方法一般包括：合金熔炼铸棒、棒料常规挤压、多道次拉拔(大拉+中拉+小拉+微拉)、缠绕和包装等过程。对于如Sn-58Bi这样的脆性焊接材料利用传统拉丝方法不能制备出焊锡丝，导致Sn-58Bi焊锡丝产品的空白现状；而对于如Sn-Pb或Sn-Ag系等常规的锡基软材料，该方法也很难拉拔出理想的Φ0.1mm级别的超细焊锡丝，并且所制备的超细焊锡丝质量差、生产过程中产品浪费率高、生产周期长、效率低下，导致制备成本居高不下。特别是对于高铅含量的焊锡丝，随着铅含量的提高材料越来越软，拉拔Φ0.1mm级别的超细焊锡丝几乎不可能，并且对于Sn-Pb系焊锡丝易发生外观氧化变暗现象。
本发明为实现高效率、短流程制备Φ0.1mm级别的Sn-Pb或Sn-Ag系锡基软材料的超细防氧化焊锡丝，采用“大变形挤压+近终成型辊轧+微细拉拔+在线防氧化处理”的方法，突破了原有制备方法生产周期长、产品浪费率高的弊端；并且利用“大变形挤压+近终成型辊轧+整形拉拔+在线防氧化处理”工艺，成功制备了Φ2.0mm规格的Sn-Bi系脆性焊锡材料的防氧化焊锡丝，填补了国内外空白。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种高效率、短流程、低成本制备Φ0.1mm级别规格的Sn-Pb或Sn-Ag系锡基软材料的超细防氧化焊锡丝的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种能够胜任Φ3.0～Φ1.0mm规格的Sn-Bi系脆性低温焊锡材料的防氧化焊锡丝制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种难拉拔合金焊锡丝的制备方法，包括如下步骤：
1)按合金配比熔炼合金，制备出棒坯；
2)将棒坯进行大变形挤压，得到粗锡丝；
3)将粗锡丝进行近终成型辊轧，得到近终成品焊锡丝；
4)将近终成品焊锡丝进行微小拉拔和微细拉拔，或者进行整形拉拔，得到最终成品焊锡丝，然后进行在线光亮化和防氧化处理；
5)最后将成品焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述的合金为Sn-Pb系软合金、Sn-Ag系软合金或Sn-Bi系脆性合金。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤1)中，所述的棒坯的规格为Φ70mm～Φ100mm。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤2)中，所述的大变形挤压为将棒坯装入出丝口径为Φ5mm～Φ12mm的350吨大变形挤压机，同时按1.5wt％～2.5wt％比例将助焊剂(即焊油)装入含有松香笔的松香桶；控制松香桶温度在90～130℃，棒坯温度在60～130℃，挤压力在130～170kg/cm2，出丝速度为1.0～2.0m/min，将棒坯挤压成芯部含1.5～2.5wt％助焊剂的Φ5mm～Φ12mm的粗锡丝。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤3)中，所述的近终成型辊轧为将所得的粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ2.0mm～Φ5.0mm的近终成品焊锡丝。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤4)中，所述的微小拉拔、微细拉拔或整形拉拔为将近终成品焊锡丝穿入28道金刚石拉模的拉丝机，进行微小拉拔、微细拉拔或整形拉拔，然后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理。
本发明的又一目的是提供一种上述难拉拔合金焊锡丝的制备方法的应用。
上述难拉拔合金焊锡丝的制备方法，在制备Φ0.1mm规格级别的Sn-Pb系或Sn-Ag系锡基软材料的超细防氧化焊锡丝、Φ3.0～Φ1.0mm规格的Sn-Bi系脆性焊锡材料的防氧化焊锡丝，特别是Φ0.12mm规格的Sn-90Pb的超细防氧化焊锡丝、Φ0.10mm规格的Sn-3.0Ag-0.5Cu-X的超细防氧化焊锡丝、Φ2.0mm规格的Sn-58Bi的防氧化焊锡丝、Φ2.0mm规格的Sn-30Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝及Φ1.0mm规格的Sn-17.4Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝中的应用。
有益效果：本发明难拉拔合金焊锡丝的制备方法与常规方法制备的超细焊锡丝相比，没有大拉和中拉过程且由于过程中对坯料的大变形致密化，使产品成材率高、生产周期短、品质保证期长，并且能够制备出常规方法不能拉制的脆性焊锡丝和高铅超细焊锡丝。
本发明制备的焊锡丝由Sn-Pb系软合金、Sn-Ag系软合金或Sn-Bi系脆性合金和芯部助焊剂组成，可用于电子组装工艺中的微细间距焊盘与元器件的手工焊接或半自动机器焊接，以及多级封装的低温焊接。
本发明采用“大变形挤压+近终成型辊轧+微细拉拔(或整形拉拔)+在线防氧化处理”，其特征是流程短、成品率高、能够胜任脆性难拉拔焊锡丝制备。本发明方法可以生产出能够满足高可靠、窄间距焊接要求的防氧化超细焊锡丝或多级封装中低温焊接用的脆性低温焊丝。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明难拉拔合金焊锡丝的制备流程。
具体实施方式
如图1所示，为本发明难拉拔合金焊锡丝的制备流程，其中：1为合金制棒，2为棒坯大变形挤压，3为近终型辊轧，4为脆性锡丝整形拉拔和在线防氧化处理，5为锡丝的微小拉拔，6为微细拉拔和在线防氧化处理。
实施例1Φ0.12mm规格的Sn-90Pb的超细防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比Pb∶Sn＝9∶1称量纯Sn和纯Pb，共计50kg，加热至400℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷、内部无夹杂的Φ84×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ84×180mm棒坯装入出丝口径为Φ9mm的350吨大变形挤压机，同时按2.0wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在100℃，棒坯温度80℃，挤压力在150kg/cm2，出丝速度1.5m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为2.0wt％；
3)将Φ9mm规格的Sn-90Pb粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ3.0mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格如下：
4)将断面近圆形的Φ3.0mm的近终成品焊锡丝依次穿入三台28道金刚石拉模的拉丝机，第一台拉丝至Φ0.8mm，第二台拉丝至Φ0.3mm，第三台拉制成最终成品焊锡丝Φ0.12mm尺寸，并在完全通过第二台拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
第一台拉丝机人工钻石模配模如下：
第二台拉丝机人工钻石模配模如下：
第三台微拉机天然钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ0.12mm规格的Sn-90Pb的超细防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
实施例2Φ0.10mm规格的Sn-3.0Ag-0.5Cu-X的超细防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比称量各原料，熔炼加热至400℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷的Φ84×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ84×180mm棒坯装入出丝口径为Φ9mm的350吨大变形挤压机，同时按2.2wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在110℃，棒坯温度100℃，挤压力在150kg/cm2，出丝速度1.5m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为2.2wt％；
3)将Φ9mm规格的Sn-3.0Ag-0.5Cu-X粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ3.0mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格同上(实施例1)：
4)将断面近圆形的Φ3.0mm的近终成品焊锡丝依次穿入三台28道金刚石拉模的拉丝机，第一台拉丝至Φ0.8mm，第二台拉丝至Φ0.3mm，第三台拉制成最终成品焊锡丝Φ0.10mm尺寸，并在完全通过第二台拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
第一台拉丝机人工钻石模配模如下：
第二台拉丝机人工钻石模配模如下：
第三台微拉机天然钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ0.10mm规格的Sn-3.0Ag-0.5Cu-X的超细防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
实施例3Φ2.0mm规格的脆性Sn-58Bi的防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比称量Sn、Bi原料，熔炼加热至300℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷的Φ84×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ84×180mm棒坯装入出丝口径为Φ6mm的350吨大变形挤压机，同时按2.5wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在90℃，棒坯温度60℃，挤压力在150kg/cm2，出丝速度1.5m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为2.2wt％；
3)将Φ6mm规格的Sn-58Bi粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ2.2mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格如下：
4)将断面近圆形的Φ2.2mm的近终成品焊锡丝穿入拉丝机过模，整形拉制成Φ2.0mm尺寸的最终成品焊锡丝，并在拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
拉丝机人工钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ2.0mm规格的Sn-58Bi的防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
实施例4Φ2.0mm规格的脆性Sn-30Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比称量Sn/Bi/Cu各原料，熔炼加热至300℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷的Φ84×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ84×180mm棒坯装入出丝口径为Φ6mm的350吨大变形挤压机，同时按2.2wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在100℃，棒坯温度70℃，挤压力在150kg/cm2，出丝速度1.5m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为2.2wt％；
3)将Φ6mm规格的Sn-30Bi-0.5Cu粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ2.2mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格如下：
4)将断面近圆形的Φ2.2mm的近终成品焊锡丝穿拉丝机过模，整形拉制成Φ2.0mm尺寸的最终成品焊锡丝，并在拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
拉丝机人工钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ2.0mm规格的Sn-30Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
实施例5Φ1.0mm规格的Sn-17.4Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比称量Sn/Bi/Cu各原料，熔炼加热至350℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷的Φ84×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ84×180mm棒坯装入出丝口径为Φ6mm的350吨大变形挤压机，同时按2.2wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在100℃，棒坯温度90℃，挤压力在150kg/cm2，出丝速度1.5m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为2.2wt％；
3)将Φ6mm规格的Sn-17.4Bi-0.5Cu粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ2.2mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格如下：
4)将断面近圆形的Φ2.2mm的近终成品焊锡丝穿拉丝机过模，整形拉制成Φ1.0mm尺寸的最终成品焊锡丝，并在拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
拉丝机人工钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ1.0mm规格的Sn-17.4Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
实施例6Φ0.8mm规格的Sn-37Pb防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比称量Sn/Pb原料，熔炼加热至300℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷的Φ70×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ70×180mm棒坯装入出丝口径为Φ5mm的350吨大变形挤压机，同时按1.5wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在90℃，棒坯温度60℃，挤压力在130kg/cm2，出丝速度1.0m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为1.5wt％；
3)将Φ5mm规格的Sn-37Pb粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ2.0mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格如下：
4)将断面近圆形的Φ2.0mm的近终成品焊锡丝穿入28道金刚石拉模的拉丝机，拉制成Φ0.8mm尺寸的最终成品焊锡丝，并在拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
拉丝机人工钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ0.8mm规格的Sn-37Pb的防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
实施例7Φ1.2mm规格的Sn-1.0Ag-0.5Cu-X防氧化焊锡丝制备：
1)按重量比称量Sn-1.0Ag-0.5Cu-X合金各原料，熔炼加热至350℃，保温、搅拌、静置、除渣，浇注出外观无缺陷的Φ100×180mm规格圆柱棒坯；
2)将Φ100×180mm棒坯装入出丝口径为Φ12mm的350吨大变形挤压机，同时按2.5wt％比例将松香焊油装入松香桶；控制松香桶温度在130℃，棒坯温度130℃，挤压力在170kg/cm2，出丝速度2.0m/min左右，调整松香嘴对中性及缝隙大小并测试粗丝的焊剂含量，直至粗锡丝芯部的助焊剂含量为2.5wt％；
3)将Φ12mm规格的Sn-1.0Ag-0.5Cu-X粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ5mm的焊锡丝，轧辊的半模尺寸规格如下：
4)将断面近圆形的Φ5mm的近终成品焊锡丝穿入28道金刚石拉模的拉丝机，拉制成Φ1.2mm尺寸的最终成品焊锡丝，并在拉丝机后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理；清洗剂选用5-10％的ST-010型皂化液，防氧化包覆剂选用2-5％十二羟基硬脂酸酒精溶液。
拉丝机人工钻石模配模如下：
5)将拉制的Φ1.2mm规格的Sn-1.0Ag-0.5Cu-X防氧化焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
表1为本发明难拉拔合金焊锡丝的制备方法与焊锡丝常规制备方法的对比。
Claims (8)
1.一种难拉拔合金焊锡丝的制备方法，包括如下步骤：
1)按合金配比熔炼合金，制备出棒坯；
2)将棒坯进行大变形挤压，得到粗锡丝；
3)将粗锡丝进行近终成型辊轧，得到近终成品焊锡丝；
4)将近终成品焊锡丝进行微小拉拔和微细拉拔，或者进行整形拉拔，得到最终成品焊锡丝，然后进行在线光亮化和防氧化处理；
5)最后将成品焊锡丝阴干后进行缠绕、包装和入库。
2.根据权利要求1所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，其特征在于：所述的合金为Sn-Pb系软合金、Sn-Ag系软合金或Sn-Bi系脆性合金。
3.根据权利要求1所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的棒坯的规格为Φ70mm～Φ100mm。
4.根据权利要求1所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的大变形挤压为将棒坯装入出丝口径为Φ5mm～Φ12mm的350吨大变形挤压机，同时按1.5wt％～2.5wt％比例将助焊剂装入含有松香笔的松香桶；控制松香桶温度在90～130℃，棒坯温度在60～130℃，挤压力在130～170kg/cm2，出丝速度为1.0～2.0m/min，将棒坯挤压成芯部含1.5～2.5wt％助焊剂的Φ5mm～Φ12mm的粗锡丝。
5.根据权利要求1所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述的近终成型辊轧为将所得的粗锡丝穿入16道近终成型辊轧机，轧制出Φ2.0mm～Φ5.0mm的近终成品焊锡丝。
6.根据权利要求1所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述的微小拉拔、微细拉拔或整形拉拔为将近终成品焊锡丝穿入28道金刚石拉模的拉丝机，进行微小拉拔、微细拉拔或整形拉拔，然后通过一具有清洗和涂油两个槽的水箱进行光亮化和防氧化处理。
7.权利要求1-6中任一项所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，在制备Φ0.1mm规格级别的Sn-Pb系或Sn-Ag系锡基软材料的超细防氧化焊锡丝，及Φ3.0～Φ1.0mm规格的Sn-Bi系脆性焊锡材料的防氧化焊锡丝中的应用。
8.权利要求1-6中任一项所述的难拉拔合金焊锡丝的制备方法，在制备Φ0.12mm规格的Sn-90Pb的超细防氧化焊锡丝、Φ0.10mm规格的Sn-3.0Ag-0.5Cu-X的超细防氧化焊锡丝、Φ2.0mm规格的Sn-58Bi的防氧化焊锡丝、Φ2.0mm规格的Sn-30Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝及Φ1.0mm规格的Sn-17.4Bi-0.5Cu的防氧化焊锡丝中的应用。
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