CN102848093B - 铝散热器低温钎焊用无铅焊膏及制备方法和其应用 - Google Patents
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Abstract
一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏及制备方法和其用途，该焊膏由重量百分比为85%～90%的焊锡合金粉和10%～15%的助焊剂均匀混合制成。其中的焊锡合金粉，按重量百分比，由54%～60%的Bi、0.5%～6%的Zn、0.5%～2%的Ni、0.05%～0.5%的Re和余量Sn组成；其中的助焊剂，按重量百分比，由10%～20%的活性剂、1%～10%的成膏剂、1%～10%的润湿剂、2%～10%的触变剂和余量溶剂混合而成。制备时，先按焊锡合金粉比例所需取料熔炼制得合金；然后用雾化法制得合金粉末，再经筛选制得焊锡合金粉；同时取料制得助焊剂；最后将制得的焊锡合金粉85%～90%和助焊剂10%～15%，混合，搅拌均匀，制得铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。其特别适用于电脑CPU铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
Description
技术领域
本发明属电子、化学工业领域，尤其涉及一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏及其制备方法和其用途。
背景技术
铝-铝钎焊较之其它合金难于钎焊之处，在于其表面有一层极为致密的氧化膜，这层氧化膜的性能非常稳定，又能在旧膜破坏时随时生成新膜。而铝钎焊时必须破坏这层膜，否则熔化的钎料无法与母材润湿。20世纪80年代起，国外先进工业国家开始研究铝-铝中低温钎焊，且取得一定进展，用NOCOLOK焊剂进行铝中温钎焊已在美国、英国、西德和日本等开始应用，而铝-铝低温钎焊用的无铅焊膏，尚无文献报道。目前，电脑CPU铝散热器低温钎焊使用具有低熔点的SnBi58焊膏，焊前铝底板和铝散热鳍片表面需镀镍，工序繁琐，还常因镀镍不稳定发生脱焊，影响产品质量，同时镀镍钎焊会造成资源浪费、提高成本，而用于电脑CPU铝散热器低温钎焊的无铅焊膏在市场上根本无法买到。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏，该焊膏成分设计科学、配比合理。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏，按重量百分比由以下组分组成：
焊锡合金粉 85%~90%；
助焊剂 10%~15%；
上述组分总量100%。
其中的焊锡合金粉，按重量百分比，由54%~60%的Bi、0.5%~6%的Zn、0.5%~2%的Ni、0.05%~0.5%的Re(La和Ce混合稀土)和余量Sn组成，上述组分总量100%。
其中的助焊剂，按重量百分比，由10%～20%的活性剂、1%～10%的成膏剂、1%～10%的润湿剂和2%～10%的触变剂和余量溶剂组成。
所述活性剂为氟化锂、氟化锌、氟化亚锡、氟化钠、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟硼酸铵和氟化氢胺中的至少一种。
所述成膏剂为羟乙基纤维素、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000中的至少一种。
所述润湿剂为磺化油。
所述触变剂为氢化蓖麻油和改性氢化蓖麻油的至少一种。
所述溶剂为山梨糖醇、乙二醇、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺和丁二醇中的至少一种。
本发明铝散热器低温钎焊用无铅焊膏是由按重量百分比取值的焊锡合金粉和助焊剂均匀混合制成的。其中：焊锡合金粉是将一定比例Bi、Zn、Ni、Re(La和Ce混合稀土Sn混合熔炼后，再采用雾化法，以氮气作为雾化气体，将制得的合金置于压力为1.0 MPa~1.5MPa，温度为220℃~260℃的条件下雾化制得的合金粉末。
所述的助焊剂是按配料比取料后，将活性剂和成膏剂、润湿剂、触变剂加至溶剂中，加热搅拌至完全溶解制得。
本发明的另一目的是提供一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的制备方法，其工艺简单，适合生产线上自动化批量生产。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种制备权利要求1所述的铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的方法，该方法包括下列步骤：
1）按重量百分比，分别取54%~60%的Bi、0.5%~6%的Zn、0.5%~2%的Ni、0.05%~0.5%的RE 和余量Sn，上述组分总量100%，将各组分混合，熔炼，先制得合金；
2）采用雾化法，将步骤1制得的合金雾化制得合金粉末，再将该合金粉末通过筛选制得焊锡合金粉；
3）按重量百分比，分别取10%~20%的活性剂、1%~10%的成膏剂、1%~10%的润湿剂、2%~10%的触变剂和余量溶剂，各组分总量和为100%，将活性剂和成膏剂、润湿剂、触变剂加至溶剂中，不高于50℃温度下搅拌，待完全溶解后，静置，制得助焊剂；
4）按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉85%~90%和步骤3制得的助焊剂10%~15%，混合，搅拌均匀，制得低温钎焊用无铅焊膏。
所述步骤2中采用的雾化法是以氮气作为雾化气体，将步骤1制得的合金置于压力为1.0 MPa~1.5MPa，温度为220℃~260℃的条件下雾化。
所述步骤2中将该合金粉末通过筛选制得粒度在25um~48um的焊锡合金粉。
本发明的又一目的是提供一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的用途，其可推广应用于多种铝散热器的低温钎焊。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的用途，其可用于作为铝散热器低温钎焊焊膏。所述的铝散热器为LED铝散热器或大功率发热器件铝散热器。
一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的用途，其可用于作为电脑CPU铝散热器低温钎焊焊膏。
本发明铝散热器低温钎焊用无铅焊膏不含有毒元素、卤素含量低（质量分数<0.05%）、无腐蚀性，便于采用网孔模板及喷注器精确涂膏，适合生产线上自动化批量生产。该焊膏焊接散热器时，散热片无需镀镍，生产成本显著降低，焊后残留物少，焊缝耐腐蚀性好，焊着率高，传热效果好。
本发明的优点是：
1、适宜多种铝散热器低温钎焊,包括LED铝散热器、大功率发热器件铝散热器等；
2、焊膏熔点低（138℃~145℃），焊接速度快，生产效率高；
3、焊膏成本低、无腐蚀、无毒、无污染；
4、焊接工艺性好，具有良好的润湿性、流动性，焊着率高于90%；
5、焊缝传热性好，耐腐蚀性好。
具体实施方式
本发明铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的主要发明点在于：采用了重量百分比为85%～90%的焊锡合金粉和10%～15%的助焊剂。
所述的焊锡合金粉，按重量百分比，由54%~60%的Bi、0.5%~6%的Zn、0.5%~2%的Ni、0.05%~0.5%的RE (La和Ce混合稀土)和余量Sn加工制成；所述的助焊剂，按重量百分比，由10%～20%的活性剂、1%～10%的成膏剂、1%～10%的润湿剂、2%～10%的触变剂和余量溶剂混合而成。
其中，所述的活性剂为氟化锂、氟化锌、氟化亚锡、氟化钠、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟硼酸铵和氟化氢胺中的一种或两种以上的相互组合；所述的成膏剂为羟乙基纤维素、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000中的一种或两种以上的相互组合；所述的润湿剂为磺化油；所述的触变剂为氢化蓖麻油和改性氢化蓖麻油中的一种或两种组合；所述的溶剂为山梨糖醇、乙二醇、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺和丁二醇中的一种或两种以上的相互组合。
下面结合具体配料计算的实施例对本发明铝散热器低温钎焊用无铅焊膏（特别是用于电脑CPU的铝散热器）及其制备方法作进一步描述。
实施例1：
步骤1：焊锡合金熔炼
按重量百分比，分别取54%的Bi、2%的Zn、2%的Ni、0.1%的Re(La和Ce混合稀土)和余量Sn，各组分总量和为100%，将各组分混合，熔炼制得合金；
步骤2：焊锡合金粉制备
采用雾化法，以氮气作为雾化气体，将步骤1制得的合金置于压力位1.0 MPa，温度为240℃的条件下，雾化制得合金粉末，将该合金粉末，通过筛选，制得粒度在48um的焊锡合金粉；
步骤3：助焊剂制备
按重量百分比，分别取4%的氟化锂、4%的氟硼酸亚锡、2%的氟硼酸锌、4%羟乙基纤维素、5%的磺化油、5%的氢化蓖麻油、65%的三乙醇胺、11%的山梨糖醇，将氟化锂、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、羟乙基纤维素、磺化油、氢化蓖麻油、山梨糖醇加至三乙醇胺中，加热至40℃~50℃搅拌，待完全溶解后，混合均匀，静置，制得助焊剂；
步骤4：焊膏制备
按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉85%和步骤3制得的助焊剂15%，混合均匀，即制得大功率发热器件铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
实施例2：
步骤1：焊锡合金熔炼
按重量百分比，分别取60%的Bi、0.5%的Zn、1.2%的Ni、0.5%的Re(La和Ce混合稀土)和余量Sn，各组分总量和为100%，将各组分混合，熔炼制得合金；
步骤2：焊锡合金粉制备
采用雾化法，以氮气作为雾化气体，将步骤1制得的合金置于压力位1.2 MPa，温度为230℃的条件下，雾化制得合金粉末，将该合金粉末，通过筛选，制得粒度在25um的焊锡合金粉；
步骤3：按重量百分比，分别取4%的氟化锂、8%的氟硼酸亚锡、2%的氟硼酸锌、4%羟乙基纤维素、5%的磺化油、5%的氢化蓖麻油、10%的二乙醇胺、50%的三乙醇胺、12%的山梨糖醇，各组分总量100%，将氟化锂、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、羟乙基纤维素、磺化油、氢化蓖麻油、二乙醇胺、山梨糖醇加至三乙醇胺中，加热至40℃~50℃搅拌，待完全溶解后，静置，制得助焊剂；
步骤4：焊膏制备
按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉88%和步骤3制得的助焊剂12%，混合均匀，即制得较通用型铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
实施例3：
步骤1、步骤2同实施例1，不同点在于：步骤3助焊剂的制备及步骤4焊膏的制备;
步骤3：助焊剂制备
按重量百分比，分别取4%的氟化锂、6%的氟硼酸亚锡、2%的氟硼酸锌、2%的氟化氢胺、4%的羟乙基纤维素、5%的磺化油、5%的氢化蓖麻油、10%的二乙醇胺、50%的三乙醇胺、12%的山梨糖醇，各组分总量100%，将氟化锂、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟化氢胺、羟乙基纤维素、磺化油、氢化蓖麻油、二乙醇胺、山梨糖醇加至三乙醇胺中，加热至40℃~50℃搅拌，待完全溶解后，静置，制得助焊剂；
步骤4：焊膏制备
按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉87%和步骤3制得的助焊剂13%，混合均匀，即制得电脑CPU铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
实施例4：
步骤1：焊锡合金熔炼
按重量百分比，分别取56%的Bi、6%的Zn、0.5%的Ni、0.05%的Re(La和Ce混合稀土)和余量Sn，各组分总量和为100%，将各组分混合，熔炼制得合金；
步骤2：焊锡合金粉制备
采用雾化法，以氮气作为雾化气体，将步骤1制得的合金置于压力位1.5 MPa，温度为220℃的条件下，雾化制得合金粉末，将该合金粉末，通过筛选，制得粒度在48um的焊锡合金粉；
步骤3与实施例3的步骤3相同；
步骤4：焊膏制备
按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉90%和步骤3制得的助焊剂10%，混合均匀，即制得LED铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
实施例5：
步骤1、步骤2同实施例1，不同点在于：步骤3助焊剂的制备及步骤4焊膏的制备;
步骤3：助焊剂制备
按重量百分比，分别取4%的氟化锂、6%的氟硼酸亚锡、2%的氟硼酸锌、2%的氟化氢胺、4%的羟乙基纤维素、5%的磺化油、5%的氢化蓖麻油、10%的乙醇胺、50%的三乙醇胺、12%的山梨糖醇，各组分总量100%，将氟化锂、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟化氢胺、羟乙基纤维素、磺化油、氢化蓖麻油、乙醇胺、山梨糖醇加至三乙醇胺中，加热至40℃~50℃搅拌，待完全溶解后，混合均匀，静置，制得助焊剂；
步骤4：焊膏制备
按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉90%和步骤3制得的助焊剂10%，混合均匀，即制得电脑CPU铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
实施例6：
步骤1、步骤2同实施例1，不同点在于：步骤3助焊剂的制备及步骤4焊膏的制备;
步骤3：助焊剂制备
按重量百分比，分别取4%的氟化锂、7%的氟化亚锡、1%的氟化锌、2%的氟化氢胺、4%的羟乙基纤维素、5%的磺化油、5%的氢化蓖麻油、60%的三乙醇胺、12%的山梨糖醇，各组分总量100%，将氟化锂、氟化亚锡、氟化锌、氟化氢胺、羟乙基纤维素、磺化油、氢化蓖麻油、山梨糖醇加至三乙醇胺中，加热至40℃~50℃搅拌，待完全溶解后，混合均匀，静置，制得助焊剂；
步骤4：焊膏制备
按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉86%和步骤3制得的助焊剂14%，混合均匀，即制得电脑CPU铝散热器低温钎焊用无铅焊膏。
上述实施例中仅仅举出本发明铝散热器低温钎焊用无铅焊膏部分的实施例，在上述本发明的技术方案中：所述的活性剂还可以由氟化钠、氟硼酸铵替代，或用所有可作为本发明低温钎焊用无铅焊膏活性剂的两种或更多种的组合，无论是一种还是多种，它们的总量应在助焊剂材料中占为10%～20%的重量百分比。所述的成膏剂还可以由聚乙二醇2000、聚乙二醇4000、聚乙二醇6000替代，或用所有可作为本发明低温钎焊用无铅焊膏成膏剂的两种或更多种的组合，无论是一种还是多种，它们的总量应在助焊剂材料中占为1%～10%的重量百分比。所述的触变剂还可以由改性氢化蓖麻油替代，它们的总量应在助焊剂材料中占为2%～10%的重量百分比。上述实施例中，本发明采用了四种溶剂三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺和山梨糖醇，这四种溶剂同时使用的效果较佳，当然，亦可只用其中的一种，还可是乙二醇、二乙烯三胺和丁二醇中的一种，或所有这些溶剂中的两种或多种组合使用。此处不再一一列举，故以上的说明所包含的技术方案应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
Claims (6)
1. 一种铝散热器低温钎焊用无铅焊膏，其特征在于：
该焊膏是由重量百分比为85%～90%的焊锡合金粉和10%～15%的助焊剂均匀混合制成；
所述的焊锡合金粉，按重量百分比，由54%～60%的Bi、0.5%～6%的Zn、0.5%～2%的Ni、0.05%～0.5%的RE和余量Sn加工制成，各组分总量和为100%；
所述的助焊剂，按重量百分比，由10%～20%的活性剂、1%～10%的成膏剂、1%～10%的润湿剂、2%～10%的触变剂和余量溶剂混合而成，各组分总量和为100%；其中，所述的活性剂为氟化锂、氟化锌、氟化亚锡、氟化钠、氟硼酸亚锡、氟硼酸锌、氟硼酸铵和氟化氢胺中的至少一种；所述的成膏剂为羟乙基纤维素、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000和聚乙二醇6000中的至少一种；所述的润湿剂为磺化油；所述的触变剂为氢化蓖麻油和改性氢化蓖麻油中的至少一种；所述的溶剂为山梨糖醇、乙二醇、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、二乙烯三胺和丁二醇中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的铝散热器低温钎焊用无铅焊膏，其特征在于：所述的焊锡合金粉是将按上述比例的Bi、Zn、Ni、Re和余量Sn混合熔炼先制得合金后，再采用雾化法，将制得的合金置于压力为1.0 MPa～1.5MPa，温度为220℃～260℃的条件下雾化，制得合金粉末，最终筛选制得的合金粉。
3.根据权利要求1所述的铝散热器低温钎焊用无铅焊膏，其特征在于：所述的助焊剂是按配料比取料后，将活性剂、成膏剂、润湿剂和触变剂加至溶剂中，不高于50℃温度下搅拌至完全溶解制得。
4.一种制备权利要求1所述的铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：
1）按重量百分比，分别取54%～60%的Bi、0.5%～6%的Zn、0.5%～2%的Ni、0.05%～0.5%的RE 和余量Sn，上述组分总量100%，将各组分混合，熔炼，先制得合金；
2）采用雾化法，以氮气作为雾化气体，将步骤1制得的合金置于压力为1.0 MPa～1.5MPa，温度为220℃～260℃的条件下雾化制得合金粉末，再将该合金粉末通过筛选制得制得粒度在25um～48um的焊锡合金粉；
3）按重量百分比，分别取10%～20%的活性剂、1%～10%的成膏剂、1%～10%的润湿剂、2%～10%的触变剂和余量溶剂，各组分总量和为100%，将活性剂和成膏剂、润湿剂、触变剂加至溶剂中，不高于50℃温度下搅拌，待完全溶解后，静置，制得助焊剂；
4）按重量百分比，分别取步骤2制得的焊锡合金粉85%～90%和步骤3制得的助焊剂10%～15%，混合，搅拌均匀，制得低温钎焊用无铅焊膏。
5.一种权利要求1所述的铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的用途，其特征在于：用于作为铝散热器低温钎焊焊膏。
6.根据权利要求5所述的铝散热器低温钎焊用无铅焊膏的用途，其特征在于：所述的铝散热器为电脑CPU的铝散热器、LED铝散热器或大功率发热器件铝散热器。
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